Meccanica avanzata

RETE REGIONALE DELL’ALTA TECNOLOGIA
INTERMECH
Interlaboratorio per la Meccanica Avanzata
Origini

INTERMECH è espressione della volontà di 4 laboratori di ricerca
industriale della rete HI-MECH e di 2 centri di innovazione e
trasferimento tecnologico regionali di costituire un POLO DELLA
MECCANICA che possa, sulla base degli importanti risultati ottenuti nel
corso degli ultimi anni:
• Consolidare la struttura dei singoli centri aggreganti, attraverso un’ampia
valorizzazione dei risultati e la semplificazione gestionale ed
amministrativa
• Produrre innovazione di prodotti e processi industriali per la meccanica
avanzata
• Accrescere l’efficacia delle azioni di ricerca ed innovazione, attraverso la
sinergica collaborazione tra competenze specialistiche complementari
• Favorire il coinvolgimento nel processo di innovazione delle Piccole e Medie
Imprese del territorio, attraverso l’azione mirata di centri servizi
specializzati nel trasferimento tecnologico
Origini

INTERMECH è espressione della volontà di 4 laboratori di ricerca
industriale della rete HI-MECH e di 2 centri di innovazione e
trasferimento tecnologico regionali di costituire un POLO DELLA
MECCANICA che possa, sulla base degli importanti risultati ottenuti nel
corso degli ultimi anni:
• Armonizzare il settore della ricerca industriale nel campo della meccanica
avanzata, attraverso la razionalizzazione delle risorse e la condivisione dei
risultati
• Facilitare la ricaduta industriale dell’innovazione, attraverso una
consapevole politica di tutela della proprietà intellettuale e la formazione
di personale tecnico di alto profilo
• Guadagnare riconoscibilità a livello nazionale ed internazionale, attraverso
la concentrazione delle competenze
Origini

INTERMECH nasce come aggregazione, in forma di Associazione Temporanea
di Scopo, di:
• laboratori regionali per la ricerca industriale
o LAV – Acustica e vibrazioni [Ferrara]
o MECTRON – Meccatronica per l’industria meccanica [Reggio Emilia]
o SIMECH – Simulazione e progettazione integrata per la meccanica
avanzata [Modena]
o SUP&RMAN – Superfici e ricoprimenti per la meccanica avanzata e la
nanomeccanica [Modena]
• centri di innovazione e trasferimento tecnologico
o CITTAMEC, Centro di innovazione e trasferimento tecnologico per la
meccanica [Modena]
o REI – Centro a supporto della innovazione di prodotto nella
meccatronica [Reggio Emilia]
Compagine
#
Denominazione ente
Sede
Nome breve
1
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Civile - Università di Modena e Reggio Emilia
MODENA
DIMeC
2
Consorzio CINECA
BOLOGNA
CINECA
3
DemoCenter-Sipe s.c.r.l.
MODENA
DEMOCENTER-SIPE
4
Dip. di Ingegneria delle Costruzioni Meccaniche, Nucleari, Aeronautiche e Metallurgia - Università di Bologna
BOLOGNA
DIEM
5
Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione – Università di Parma
PARMA
DII
6
Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e dell’Ambiente - Università di Modena e Reggio Emilia
MODENA
DIMA
7
Dipartimento di Scienze e Metodi dell’Ingegneria – Università di Modena e Reggio Emilia
REGGIO EMILIA
DISMI
8
Dipartimento di Ingegneria – Università di Ferrara
FERRARA
EnDIF
9
Dipartimento di Fisica - Università di Bologna
BOLOGNA
FisBo
10
Dipartimento di Fisica - Università di Modena e Reggio Emilia
MODENA
FisMoRe
11
Dipartimento di Ingegneria Industriale - Università di Parma
PARMA
IED
12
Istituto IMAMOTER - CNR
FERRARA
IMAMOTER
13
Centro di ricerca nanoStructures and bioSystem at Surfaces (S3) - INFM-CNR
MODENA
INFM-S3
14
Istituto per lo Studio dei Materiali Nanostrutturati - CNR
BOLOGNA
ISMN
15
Reggio Emilia Innovazione S.c.a r.l.
REGGIO EMILIA
REI
Compagine
 Sede del Laboratorio
• DIMeC – Università di Modena e Reggio Emilia
• Struttura a rete con divisioni locali di ricerca a:
o
o
o
o
Ferrara (LAV)
Reggio Emilia (MECTRON)
Modena (SIMECH)
Modena (SUP&RMAN)
 Direttore del Laboratorio
• Prof. Ing. Angelo O. Andrisano, DIMeC
 Responsabile scientifico del Laboratorio
• Prof. Ing. Angelo O. Andrisano, DIMeC
 Sito web in fase di allestimento
• http://www.simech.unimore.it/InterMech.asp
• http://www.reteaster.it
Ambiti operativi
 Competenze
•
•
•
•
•
•
Innovazione di prodotti e processi industriali per la meccanica avanzata
Metodi per la progettazione, la modellazione e l’ottimizzazione in campo
meccanico, con particolare riferimento al Sistema Veicolo
Applicazione di micro-nano tecnologie per trattamenti superficiali,
rivestimenti e lubrificanti, con speciale riferimento alle prestazioni tribologiche
attrito, usura, …
Ottimizzazione vibro-acustica di macchine e componenti meccanici
Progettazione, sviluppo, simulazione e caratterizzazione di sistemi
meccatronici
Trasferimento tecnologico dalla Ricerca all’Industria e servizi alle imprese
Ambiti operativi
 Grandi strumentazioni al servizio delle PMI
•
•
•
•
•
Cluster per il calcolo parallelo LINUX IBM a 12 nodi con ampia libreria di
software di simulazione per progettazione, l’analisi termostrutturale e
termofluidodinamica
Banchi prova per trasmissioni meccaniche ad ingranaggi, per motori endotermici
ad alte prestazioni, macchine di misura e caratterizzazione materiali
Tribo-Lab (include Open Platform CSM, Microtribometro CETR, Nanotribometro
EnviroScope AFM VEECO) per caratterizzazioni tribo-meccaniche su scala macro
e micro-nano e apparati PVD per la deposizione di film sottili resistenti all’usura,
autolubrificanti e protettivi
Camera anecoica (10x9.5x6.5 m) e semi-anecoica (10x9.5x8.3 m) per la
caratterizzazione acustica di sorgenti sonore
Simulatore meccatronico di guida per la valutazione ergonomica del
comportamento del pilota
Ambiti operativi
 Settori applicativi di
riferimento:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Meccanica
Biomeccanica
Automotive
Oleodinamica
Pompe e motori
Meccanica agricola
Automazione
Nautica
Meccatronica
Sottoprogetti di
ricerca e servizio
Obiettivi Realizzativi
Diagnostica e controllo vibro-acustico
LAV
Ottimizzazione vibro-acustica
Controllo attivo di rumore e vibrazioni
Tecnologie oleodinamiche per la meccatronica
MECTRON
Tecnologie meccatroniche by-wire e fattori umani
Materiali e dispositivi per la meccatronica
Diagnostica e manutenzione in meccatronica
SIMECH
Metodi Avanzati per la Progettazione, la Modellazione e l’Ottimizzazione di
Prodotti e Processi Industriali
Metodi Avanzati per la Progettazione, la Modellazione e l’Ottimizzazione del
Sistema Veicolo
Proprietà meccaniche dei materiali e fenomeni di attrito ed usura alla
multiscala
SUP&RMAN
Rivestimenti e trattamenti superficiali alla micro-nano scala
Ingegnerizzazione di rivestimenti alla macro-micro scala
DEMOCENTER-SIPE e
REI
Servizi per le imprese
Attività e referenze
 Principali risultati del primo bando:
•
•
Meccanica avanzata: software di ottimizzazione e banchi prova per
trasmissioni meccaniche ad ingranaggi (CNH, Rossi Motoriduttori),
metodologie innovative di analisi fluido-dinamica e termo-strutturale per
componenti motore e veicolo (Ferrari), celle robotizzate per assemblaggio e
lavorazioni di interesse industriale (SIR)
Superfici: microstrutturazioni di superfici per applicazioni meccaniche su motori
per vetture ad alte prestazioni (Ferrari) finalizzate ad una drastica riduzione del
coefficiente di attrito e dell’usura (Tribological effects of surface texturing on
nitride steel for automotive engine applications, Wear, v. 265, is. 7-8, pgg.
1046-1051, 2008)
•
•
Vibro-acustica: Codici di simulazione per la distribuzione di motori a c.i.
(Ducati), pompe ad ingranaggi (TRW Automotive), macchine utensili
(Giuliani, Iemca)
Meccatronica: trattorino rasaerba equipaggiato con sistema sterzante by-wire,
cruscotto digitale riconfigurabile, segnalatore di inclinazione veicolo, sedile con
ammortizzatore magnetoreologico regolabile, serratura apricofano a memoria di
forma
Attività e referenze

Collaborazioni con il sistema imprenditoriale sviluppate nel corso del primo bando:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
CNH Italia, Rossi Motoriduttori - Sviluppo nuove metodologie di analisi virtuale predittiva per trasmissioni
ad ingranaggi
Mantovani benne - Sviluppo di un gruppo meccanico compatto ed innovativo per la movimentazione
idraulica e il sostentamento di attrezzature per demolizione
SIR SpA - Prototipazione virtuale e programmazione offline di celle robotizzate modulari per lavorazioni su
componenti di forma complessa
Ferrari SpA - Modellizzazione termofluidodinamica di componenti di motori endotermici alternativi ad elevate
prestazioni (aspirazione e scarico) mediante codici di calcolo
Lombardini Srl - Analisi strutturale dell'articolazione cilindrica spinotto-pistone-piede di biella
Partena SpA - Sviluppo e verifica sperimentale di un modello matematico del comportamento termico in
transitorio di una macchina blisteratrice per confezionamento farmaci e/o prodotti assimilabili (parafarmaceutici
per la salute ed il benessere del corpo, cosmetici e dolciari)
Cugini Malagoli & C. Srl - Ottimizzazione del progetto del vaglio vibrante orizzontale di materiali inerti da
cava
ALTER Srl - Realizzazione di una sorgente a micoonde per applicazioni in sistemi di rivestimento superficiale
PECVD
Nuovagrafica SCaRL - Studio e sperimentazione di tecniche di Printed Electronics per la realizzazione di
cataloghi interattivi intelligenti
Galvanica Nobili srl - Tecnologia innovativa di trattamento superficiale su aghi industriali per macchine
agugliatrici
VM Motori - Soluzione delle problematiche vibro-acustiche nella progettazione di motori Diesel marini ed
industriali
TRW Automotive Italia - Ottimizzazione del comportamento vibro-acustico di un’elettropompa prototipale di
nuova tecnologia
Casappa SpA - Studio dell'equilibrio assiale delle fiancate flottanti di macchine volumetriche ad ingranaggi
esterni
Ottimizzazione dinamica della distribuzione
desmodromica Ducati MotoGP mediante
modellazione ed analisi sperimentale
 Sviluppo codici DesmoLab e DesmoGear per la simulazione del
comportamento dinamico della distribuzione e del treno di
ingranaggi (strumenti impiegati nell’Ufficio Tecnico di Ducati Corse)
 Il modello elastodinamico della distribuzione Ducati, composto da treno di
ingranaggi e meccanismi a camma desmodromici, è stato sviluppato in un
codice Matlab, scegliendo opportuni criteri di implementazione modulare
La velocità è quella di ingresso sul contatto ruote
Pulses
1/2
Demux
Terminator
Angolo motore
angoli camma
[-1 1]
Bancata verticale,
cilindri 3 e 4
Fev _ruota-ruota_sx
Pulses
sx_yn
X_R4sx
sx_y n
Fev
R3vR4vsx
albero a camme di sinistra V
report_sgn_contact_34Vsca
Legge di moto: theta3, theta3p
[-1 1]
Fev _ruota-ruota_dx
Pulses
dx_yn
X_R4dx
dx_y n
Fev
R3vR4vdx
report_sgn_contact_34Vasp
albero a camme di destra V
Progettazione, sviluppo, simulazione e
caratterizzazione di sistemi meccatronici
 X-by-Wire:
• Metodologie di progettazione delle
applicazioni by-wire
• Interazione uomo-macchina e contextawareness
 Materiali meccatronici:
• Sviluppo di materiali intelligenti per la
progettazione e costruzione di attuatori
innovativi controllabili elettronicamente
 Oleomeccatronica:
• Modellazione non lineare di sistemi
oleoidraulici, orientata al controllo
elettronico
• Durata ed affidabilità strutturale di
componenti e trasmissioni di potenza
SPICA:
metodologie integrate e collaborative di
sviluppo prodotto
 Processo di sgrossatura e finitura di getti in
acciaio per macchine movimento terra
(SIR SpA)
• Soluzioni robotizzate compatte e
modulari, in grado di integrare
funzioni meccaniche, elettroniche ed
informatiche; adattabili ad esigenze
specifiche di lavorazione
• Soluzioni robotizzate innovative,
basate su visione artificiale,
compensazione adattativa degli utensili
e programmazione offline, in grado di
ricevere e trasmettere dati ed
informazioni via rete, capaci di eseguire
strategie differenziate di controllo e
verifica qualità in funzione di specifici
processi
Analisi numerica agli Elementi Finiti di
componenti meccanici
Calcolo attraverso il metodo degli Elementi Finiti delle deformazioni e delle
tensioni che si generano in componenti meccanici
In collaborazione con importanti
aziende del territorio:
Ferrari, Ducati, Lamborghini,
VM, Lombardini…
Analisi sperimentale di componenti
meccanici
Rilevamento di carichi e deformazioni su componenti meccanici in esercizio
tramite ESTENSIMETRIA
Analisi
sperimentali
delle
deformazioni e dei carichi agenti
su un telaio motociclistico.
In collaborazione con Moto
Morini
Analisi termo-fluidodinamica e
termo-meccanica combinata di
componenti di motori
 Fase 1: validazione
numerico/sperimentale di modelli
previsionali di scambio termico;
valutazione del campo di temperature nella
testata e nel basamento di motori a
combustione interna, mirata a definire un setup
numerico in grado di massimizzare l’accuratezza
delle simulazioni al calcolatore
rilievi sperimentali
Exp. Vin =0.44m/s
Exp. Vin = 1.33m/s
Exp. Vin = 2.7m/s
Exit Temperature -oC
140
testata
Cal. Vin = 0.44m/s
Cal. Vin = 133m/s
130
Cal. Vin = 2.7m/s
120
110
100
90
0
2000
4000
6000
Power input - watts
analisi CFD
refrigerante
Collaborazione Villanova University, PA, USA
basament
o
8000
10000
Analisi termo-fluidodinamica e
termo-meccanica combinata di
componenti di motori
 Fase2: calcolo dello scambio termico fluido/metallo; grazie al setup
numerico adottato, è possibile ricostruire con estrema fedeltà il campo termico
nella testata e nel basamento del motore. Tale campo, verrà successivamente
utilizzato per la previsione della resistenza meccanica del motore
analisi CFD
1,2
3,4
5,6
3,4
7,8
7,8
5,6
1,2
rilievi sperimentali
confronto
numerico /
sperimentale
Thermocouple temperature [°C]
270
Exp
250
v2f - TP
230
210
190
170
150
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Analisi termo-fluidodinamica e
termo-meccanica combinata di
componenti di motori
 Fase3: calcolo resistenza termo-meccanica
del componente
L’ottimizzazione della metodologia di calcolo consente l’esatta
identificazione dei punti critici per la rottura del componente
Analisi del misfire in condizioni di
avviamento a basse temperature
per motori GDI
film di combustibile sulle pareti della camera: strategia di iniezione BASE
film di combustibile sulle pareti della camera: strategia di iniezione
OTTIMIZZATA
 L’analisi CFD ha permesso di
identificare il fattore critico
che determina i mancati
avviamenti a basse
temperature: tale fattore
risulta infatti essere
l’imbrattamento della candela
da parte del combustibile
liquido
 È stata definita a calcolo una
strategia di iniezione
modificata che si è rivelata in
grado di ridurre
l’imbrattamento degli
elettrodi della candela,
eliminando i problemi di
avviamento a freddo.
In collaborazione con FPT – Alfa Romeo (Arese)
Metodi numerici e sperimentali per lo
studio fluidodinamico e termofluidodinamico del veicolo
 analisi sperimentale (termografia IR) e numerica (CFD) dello scambio termico e
della distribuzione di portata in un radiatore F1
analisi termografica IR
analisi numerica CFD
Metodi numerici e sperimentali per lo
studio fluidodinamico e termofluidodinamico del veicolo
 analisi sperimentale in galleria del
vento del flusso circostante un
casco F1 e in scia ad un elemento
di sezione rettangolare
scia di una sez. rettangolare
visualizzazione del flusso
attorno ad un casco F1
Sviluppo di rivestimenti e trattamenti a base
Carbonio per elevate prestazioni
tribologiche, estetiche ed anticorrosive
 Due macro-tipologie di committenti:
• Interessati allo sviluppo dei contenuti tecnico-scientifici con l’obiettivo di
effettuare un “salto” tecnologico (Aziende:Lafer, Alter)
• Interessati all’applicazione “verticale” di specifiche problematiche
industriali (Aziende: Romaco, Marzocchi e Poggipolini)
 Diamond-Like Carbon (DLC) è un rivestimento di eccellenti prestazioni
tribo-meccaniche, che soffre il limite di una mediocre adesione al substrato.
Si è esplorata la soluzione di strati buffer intermedi che mediano gli stress
residui
Messa a punto di
opportuni
multistrati, delle
tecniche di analisi
(cross-section) e di
caratterizzazione
DLC
TiN
DLC (magn.sputt-2.5 um)/WCCo (magn.sputt-1.5 um)/Cr
(flash-buffer layer)/WC-Co
(termospruzzato-200
um)/acciaio C40 bulk
DLC (magn.sputt-2.5 um)/WCCo (magn.sputt-1.5 um)/Cr
(flash-buffer layer)/Ni50Cr
(termospruzzato-200
um)/acciaio C40 bulk
5 micron
DLC con buffer layer di Nitruri
Prospettive di sviluppo


Apertura al mercato
•
Obiettivi di ricerca scientifica, tecnica e
tecnologica
•
Immediata applicabilità industriale dei risultati
•
Orientamento al rapido trasferimento tecnologico
•
Azioni di guida/sostegno all’innovazione (metodi,
processi, prodotti)
•
Più di 70 imprese dell’Emilia Romagna hanno già
sottoscritto il loro sostegno
Azioni di consolidamento e potenziamento
•
Istituzione di organi di supervisione scientifica e di
gestione per:
o
o
o
•
Condividere le problematiche e stabilire le
priorità
Costituire gruppi di ricerca trasversali
Definire di politiche di ricerca unitarie (Enti di
ricerca/Imprese)
Razionalizzazione ed ottimizzazione delle risorse e
degli investimenti per:
o
o
o
Creare massa critica a livello nazionale ed
internazionale
Promuovere le competenze del territorio sul
territorio
Attrarre talenti e creare competenze specifiche
Quota [€]
1.750.000
44.000
345.000
32.000
Finalità
Formazione di nuovi tecnici e
ricercatori ad elevato profilo
professionale
Collaborazione con laboratori esterni
Nuove attrezzature
Nuove licenze software
215.000
Consulenze esterne
175.000
Altre spese
511.000
Spese generali
1.928.000
5.000.000
Impegno di personale specializzato
in attività di ricerca
Metodi avanzati per la progettazione, la
modellazione e l’ottimizzazione di prodotti e
processi industriali
 Progettazione integrata di sistemi e processi di produzione
automatizzati e robotizzati
• Collaborazione SIR SpA – Soluzioni Industriali Robotizzate
o Soluzioni robotizzate innovative, basate su visione
artificiale, compensazione adattativa e programmazione offline,
in grado di ricevere e trasmettere dati ed informazioni via rete,
capaci di eseguire strategie differenziate di controllo e verifica
qualità in funzione di specifici processi
o Celle robotizzate compatte e modulari, in grado di
effettuare lavorazioni e operazioni tecnologiche ed ad un
superiore livello di flessibilità ed autonomia operativa;
o Linee robotizzate multirobot, adattabili ad esigenze
specifiche di lavorazione e processo
Metodi avanzati per la progettazione, la
modellazione e l’ottimizzazione di prodotti e
processi industriali
Esempi applicativi:
 Sgrossatura e finitura di
getti in acciaio dalla
geometria variabile con
generazione automatica dei
cicli di lavoro e gestione
flessibile delle operazioni
tecnologiche
 Assemblaggio (saldatura,
rivettatura ed incollaggio) di
telai automobilistici in alluminio
con riconfigurazione
automatica della linea per
cambio prodotto e
personalizzazioni
Metodi avanzati per la progettazione, la
modellazione e l’ottimizzazione di prodotti e
processi industriali
Esempi applicativi:
 Progettazione, simulazione e
collaudo virtuale di linee ed
automazioni industriali
• Design for Manufacturing
and Assembly
• Ottimizzazione dei cicli e
delle operazioni
tecnologiche
• Collaudo virtuale (Virtual
Commissioning)
• Ottimizzazione di
servoazionamenti e camme
elettroniche
Metodi avanzati per la progettazione, la
modellazione e l’ottimizzazione di prodotti e
processi industriali
 Ottimizzazione, ridefinizione concettuale
e progettazione (BPR) dei processi
produttivi e logistici
• analisi ed ottimizzazione delle performance dei processi
produttivi e servizi;
• ottimizzazione di layout;
• analisi del livello di performance complessiva di un
sistema produttivo e della sua affidabilità e dei modi di
guasto (TPM);
• analisi della domanda e pianificazione dei processi
produttivi;
• studio delle implicazioni relazionali tra le distinti
funzioni aziendali (es.: previsione della domanda vs
pianificazione della produzione)
Metodi avanzati per la progettazione, la
modellazione e l’ottimizzazione di prodotti e
processi industriali
 ATTIVITA’ SVOLTE:
•
Analisi e modellazione di processi produttivi e
logistici in ambito manifatturiero per la
determinazione delle performance aziendali e
per effettuare analisi di sensibilità
multiparamentro :
ANDAMENTO DEI KPI IN UNA
SIMULAZIONE CON VirtES
o Applicazione al settore automotive;
o Applicazione al settore ceramico;
•
•
Analisi e modellazione di processi logistici
nell’ambito dei servizi con applicazione al settore
della grande distribuzione;
Analisi e miglioramento dei processi di
manutenzione con applicazioni a realtà
produttive differenti per dimensioni e per settore
di attività.
ANALISI DI SENSIBILITA’
MULTIPARAMETRO BASATA SUI
RISULTATI DELLE SIMULAZIONI
Sviluppo di metodi e tecniche numeriche
avanzate per l’ottimizzazione di trasmissioni
meccaniche
Geardesign: software per analisi
di trasmissioni ad ingranaggi
Modello FEM
Modello FEM 2D
Modello FEM per
dentature interne
Modello FEM 3D
Errore di trasmissione
statico
Attività sperimentale
Banco prova dinamico per ingranaggi
Banco per prove di durata su riduttori
Simulazione termo-fluidodinamica
dei motori a combustione interna
Sviluppo di metodologie CFD per la modellazione dei processi di
iniezione, combustione e formazione inquinanti.
Valutazione dei flussi termici entranti nel pistone e nella testata per il
calcolo delle temperature che si generano nel metallo.
In-Cylinder Pressure
180
160
Numerical-3D
140
Numerical-1D
[bar]
120
Experimental
100
80
60
40
20
0
540
590
640
690
740
790
840
CA [°]
Andamento della pressione interno cilindro di un
motore Diesel (confronto numerico-sperimentale)
Analisi della interazione spray-parete in
un motore GDI.
Simulazione della combustione Diesel
(fronte di fiamma)
Analisi termo-strutturale di un circuito di
raffreddamento.
Simulazione termostrutturale di componenti
motore
Metodologia integrata CFD-FEM capace di calcolare, attraverso l’utilizzo di
codici di combustione CFD per il calcolo dei flussi termici entranti nel pistone
e nella testata e codici FEM per il calcolo delle temperature che si generano
nel metallo, le sollecitazioni a cui pistone e testata stessi sono sottoposti in
condizioni operative.
Esempio di applicazione della
metodologia di calcolo
termostrutturale:
a) Campo termico agente sul pistone;
b) Mappa dei coefficienti di sicurezza.
Simulazione termostrutturale di componenti
motore
Esempio di applicazione della metodologia di calcolo
termostrutturale:
a) Campo termico agente sulla testata;
b) Campo tensionale all’interno della testata.
Monitoraggio dei flussi veicolari:
GIS traffico-incidentalità
Estrazione informazioni dal GIS: mappa di
localizzazione puntuale incidenti avvenuti
nel 2007 nella Provincia di Modena (icone
gialle) e ubicazione sensori rilevazione
traffico (icone rosse); esempio dati del DB
incidenti
finalizzato
a
elaborazioni
statistiche
Monitoraggio dei flussi veicolari:
GIS traffico-incidentalità
Rilevazioni flusso di traffico autoveicolare: strumentazione utilizzata (sensori a microonde
Viacount II e ricevitore GPS doppia frequenza serie 1200 Leica Geosystems) e grafici dei
risultati
Monitoraggio ambientale: Misure in atmosfera
di nanoparticolato da scarichi veicolari
Spettrometrie di particolato 10-700 nm con risoluzione temporale fino a 120
secondi
Monitoraggio ambientale: misure gravimetriche
di PM2.5 e PM1di nanopart. da scarichi veicolari
Misure di concentrazione gravimetrica su filtro di
particolato PM10 - PM2.5 - PM1 campionato da
analizzatore
TEOM
ed
analisi
chimiche
Termofluidodinamica automotive: analisi e
re-design di componenti del sistema - veicolo
Visualizzazione di traiettorie e distribuzione di
pressione in un disco autoventilante
Analisi CFD e ottimizzazione del comportamento fluido -dinamico e termico
di sistemi frenanti a dischi autoventilanti.
Termofluidodinamica automotive: analisi e
ottimizzazione di sistemi di scambio termico
Analisi CFD e ottimizzazione di canali corrugati per l’incremento delle prestazioni di
scambio termico
Aerodinamica automotive: reverse engineering
e analisi della GdV Ferrari scala 1: 3
Modello virtuale della Galleria del Vento
“Ferrari scala 1:3”
Ricostruzione del gruppo
statore – rotore - statore
Motore:
L’obiettivo di questo progetto di ricerca è l'esecuzione di
trattamenti o ricoprimenti superficiali sulla ghisa per migliorarne
le caratteristiche tribologiche, in particolare la resistenza all'usura.
La ghisa è utilizzata nel settore meccanico per la produzione di parti di motori, freni,
pompe, motoriduttori, ...
La ghisa è un materiale a base di ferro con un'elevata percentuale di carbonio (2-5%),
presente sotto forma di grafite.
Esistono due tipi principali di ghisa: lamellare o sferoidale.
PROCEDURA SPERIMENTALE
TRATTAMENTI E RIVESTIMENTI
SPERIMENTATI
Substrato: ghisa sferoidale GS500
Trattamenti:
• Nitrurazione (~100 μm, nitrurazione ionica a
bassa diffusione)
Rivestimenti
• TiN
• Stellite
• CrN
• CrAlN
(5 μm, Arco catodico)
(60 μm, HVOF)
(0,42 μm, Magnetron Sputtering)
(0,92 μm, Magnetron Sputtering)
Trattamenti e rivestimenti
• Nitrurazione + CrN
• Nitrurazione + CrAlN
• Nitrurazione + TiN
Caratterizzazione del rivestimento e del substrato:
•
•
•
•
•
morfologia (FIB-SEM)
rugosità e durezza
composizione chimica (AES)
cristallografia (XRD) per i soli film sottili
adesione (Scratch Test)
Caratterizzazione tribologica
(coefficiente di attrito e wear rate):
misure ball-on-disc
- due diverse velocità lineari: 0,5 e 2,5 m/s
- Pressione verticale:
- durata delle misure: 90 min (2,7 e 13,5 Km percorsi)
- controparte in acciaio 100Cr6
Analisi morfologiche delle tracce di usura
mediante immagini SEM
ANALISI MORFOLOGICA
Sezioni FIB dei rivestimenti in CrAlN:
•
possibilità di misurare gli spessori depositati con grande accuratezza
•
la nitrurazione determina un aumento della rugosità superficiale.
CrAlN
Sezione FIB di un coating di CrAlN
depositato su ghisa non trattata.
Sezione FIB di un coating di CrAlN
depositato su ghisa nitrurata.
ADESIONE SUPERFICIALE
LC1
LC2
Determinazione dei carichi critici per un coating di CrN depositato su ghisa non trattata
Substrato non trattato
Rivestimenti
Substrato nitrurato
LC1 (N)
LC2 (N)
LC1 (N)
LC2 (N)
TiN
6.5
13.7
11.9
16.9
CrN
4.9
11.9
6.9
16.9
CrAlN
5.1
11.7
10.0
17.9
Stellite
9.1
>30
-
-
Aumento dell'adesione superficiale per rivestimenti depositati su ghisa
nitrurata.
CARATTERIZZAZIONE TRIBOLOGICA
Proprietà tribologiche vs Durezza
Coefficiente di attrito
Campioni
Durezza (GPa)
GS500
2.2 ± 0.2
GS500_PN
3.11 ± 0.15
TiN
6.0 ± 0.4
Stellite
6.1 ± 0.2
CrN
3.32 ± 0.12
CrAlN
4.1 ± 0.3
TiN_PN
10.8 ± 0.6
CrN_PN
7.7 ± 0.5
CrAlN_PN
9.3 ± 0.6
Non è necessaria un’elevata
durezza per ottenere buone
prestazioni tribologiche
Coefficiente di usura
CARATTERIZZAZIONE TRIBOLOGICA
Cross Section FIB in corrispondenza delle tracce a bassa velocità
Il CrN rimane intatto
Il CrAlN viene completamente rimosso
CrN
FUORI TRACCIA
TRACCIA DI USURA
CrAlN
FUORI TRACCIA
TRACCIA DI USURA
Pt
coating
coating
substrato
substrato
substrato
Pt
Laboratorio Sup&RMAN,
Superfici e Ricoprimenti per
la Meccanica Avanzata e la
Nanomeccanica
• Caratterizzazione superficiale
(spettroscopie Auger e XPS)
• Studio e realizzazione di rivestimenti
innovativi per applicazioni meccaniche.
Deposizione Magnetron Sputtering
• Comprensione e controllo delle proprietà
tribologiche di superfici e ricoprimenti dalla
macro- alla nano-scala. Tribometro, AFM
Laboratorio congiunto
Sup&rman-Tec Eurolab
attività di ricerca nelle aree relative allo
studio delle nanoparticelle per il loro uso
nelle nanotecnologie, ed ai materiali
nano strutturati
• Tecnologia dei materiali
• Saldature e prove non distruttive
• Metrologia industriale
Ottimizzazione dinamica della distribuzione
desmodromica Ducati MotoGP mediante
modellazione ed analisi sperimentale
 Sviluppo codici DesmoLab e DesmoGear per la simulazione del
comportamento dinamico della distribuzione e del treno di
ingranaggi (strumenti impiegati nell’Ufficio Tecnico di Ducati Corse)
 Il modello elastodinamico della distribuzione Ducati, composto da treno di
ingranaggi e meccanismi a camma desmodromici, è stato sviluppato in un
codice Matlab, scegliendo opportuni criteri di implementazione modulare
La velocità è quella di ingresso sul contatto ruote
Pulses
1/2
Demux
Terminator
Angolo motore
angoli camma
[-1 1]
Bancata verticale,
cilindri 3 e 4
Fev _ruota-ruota_sx
Pulses
sx_yn
X_R4sx
sx_y n
Fev
R3vR4vsx
albero a camme di sinistra V
report_sgn_contact_34Vsca
Legge di moto: theta3, theta3p
[-1 1]
Fev _ruota-ruota_dx
Pulses
dx_yn
X_R4dx
dx_y n
Fev
R3vR4vdx
report_sgn_contact_34Vasp
albero a camme di destra V
Monitoraggio e diagnostica di sistemi
meccanici mediante misure vibro-acustiche
ed analisi del segnale
Manutenzione predittiva
Diagnostica di malfunzionamenti Controllo qualità
Organo sano
Organo danneggiato
Mappa olografica per la localizzazione delle
sorgenti sonore più intense in un impianto
di imbottigliamento
Tecnica basata sulla correlazione di immagini per la
classificazione buono/scarto in motori a c.i.
Controllo attivo della trasmissione delle
vibrazioni e del rumore
in pannelli e strutture sottili
•Sviluppo di nuovi sensoriattuatori miniaturizzati
• Sviluppo di strategie di
controllo attivo delle vibrazioni
su pannelli di veicoli e
macchinari
Riduzione della pressione
sonora nell’ambiente
confinato
Materiali e soluzioni innovative per il
controllo del rumore
• Caratterizzazione,
modellazione e sviluppo
di nuovi materiali
• Studio di applicazioni
innovative di materiali
per il controllo del
rumore di macchine con
ausilio di mezzi di
simulazione (FEM, BEM,
SEA, Raytracing)
Confronto sperimentale vs simulazione SEA
Lastra piana
65
Misura sperimentale solo lamiera
60
.
Transmission Loss [dB]
Misura sperimentale sistema completo
55
50
Simulazione sistema completo
45
40
35
30
25
20
400
500
630
800
1000
1250
1600
Frequenza [Hz]
2000
2500
3150
4000
5000
CAMERA ANECOICA:
un laboratorio per lo sviluppo di prodotto
e per la certificazione
Misurazioni di rumore in condizioni
acustiche e ambientali controllate
finalizzate alla:
• certificazione acustica
• ottimizzazione acustica
Dimensione: 10.1 x 9.5 x 8.3 m
(Volume 800 m3)
Frequenza di taglio: 50 Hz
Attuatore a polimeri
elettroattivi
Attuatore composto da due membrane tronco-coniche di polimero elettroattivo.
La membrana superiore è rivestita di elettrodi deformabili, soggetti ad alta tensione elettrica (2.5 kV).
Il campo elettrico deforma la membrana, producendo l’innalzamento e l’abbassamento del carico centrale
(bullone).
Sistemi oleodinamici
Quadro sperimentale e computazionale del flusso di olio in prossimità
degli spigioli di pilotaggio di una valvola oleodinamica.
Diagnostica di sistemi
meccatronici
Pannello di monitoraggio di impianti manifatturieri automatici.
Sono indicati I livelli di efficacia generale (OEE), di disponibilità operativa, di
prestazione e di qualità.
Tecnologie by-wire
Trattorino rasaerba equipaggiato con sistema di sterzatura by-wire.
Il collegamento logico tra volante e ruote avviene tramite segnale elettrico modulato
e demodulato da centraline elettroniche.
L’azionamento dello sterzo ed il ritorno di forza al volante sono effettuati mediante motori
elettrici.
Ergonomia di sistemi by-wire
Simulatore virtuale di guida stradale equipaggiato con sistema di sterzo by-wire
e tracciato digitale proiettato sullo schermo frontale. La tecnologia by-wire permette di
usare il volante come sensore di affaticamento del guidatore, correlandone i rilevamenti
con indicatori biometrici applicati al corpo.