Gruppi di ricerca

L'attività del settore Fisica Tecnica Industriale è rivolta allo studio degli aspetti fondamentali ed applicativi della termodinamica e della trasmissione del calore, con particolare attenzione ai seguenti temi: analisi termodinamica dei processi energetici; efficienza energetica in ambito civile e industriale; fonti di energia rinnovabili; termofluidodinamica applicata; termotecnica e tecnica del freddo; proprietà termofisiche dei materiali; incremento dello scambio termico; termofluidodinamica dei processi dell'industria alimentare; fenomeni temofluidodinamici in componenti miniaturizzati; termo fluidodinamica computazionale. Le attività di ricerca riguardano principalmente:

• prestazioni di apparati di scambio termico: tecniche passive di incremento dello scambio termico convettivo; termofluidodinamica di fluidi a reologia complessa, quali sono molti fluidi dell'industria alimentare; scambiatori di calore a parete raschiata; batterie alettate; microscambiatori di calore. stima di parametri di interesse ingegneristico
• stima di proprietà termofisiche; stima del fattore d'attrito locale e del coefficiente di convezione locale (monofase e bifase); metodi di risoluzione di problemi inversi; tecniche di stima applicate a mappe termografiche
• energetica: analisi energetica ed economica di processi cogenerativi/trigenerativi; analisi energetica di sistemi di accumulo termico, nel terreno e in serbatoi d'acqua; analisi energetica di tecniche di raffrescamento passive

È una area applicativa a cavallo fra le applicazioni industriali e le ricadute ambientali, in cui trovano spazio le discipline relative agli effetti fisici sul benessere umano: confort termo igrometrico, illuminazione, acustica. Studia anche le problematiche relative all'impatto sull'ambiente esterno di inquinanti di origine fisica (calore, rumore, vibrazioni, luce, etc.), con riferimenti sia agli effetti sull'uomo che sugli ecosistemi non antropizzati. La Fisica Tecnica Ambientale ha anche ricadute fuori dal settore industriale, in particolare nel settore dell'ingegneria civile vengono ricercate le condizioni di benessere (termico, acustico e visivo) all'interno degli ambienti e all'esterno, mediante l'impiego di tecniche sia passive, sia attive, in cui le condizioni di benessere sono garantite dall'azione di idonei impianti. Le attività di ricerca scientifica del gruppo riguardano principalmente l'acustica applicata:

• propagazione sonora, sia all'aperto (rumore da traffico stradale, ferroviario, aereo e navale, impatto ambientale acustico di grandi impianti o infrastrutture) sia in spazi chiusi (ambienti industriali, teatri, auditorium, acustica edilizia);
• sistemi di realtà virtuale acustica, avanzate tecniche di registrazione e riproduzione multicanale utilizzate sia in campo architettonico che nella produzione musicale e nel broadcasting;
• caratterizzazione acustica degli abitacoli degli autoveicoli, ottimizzazione psicoacustica degli impianti audio sulle autovetture;
• misura delle proprietà acustiche di materiali, mediante prove di laboratorio o in situ.

E' attivo un Laboratorio sperimentale, dotato della principale strumentazione scientifica di base per misure acustiche, illuminotecniche e di impatto vibrazionale sull'uomo e sugli edifici. Sono inoltre stati sviluppati originali strumenti di calcolo numerico specializzati nel settore dell'acustica applicata, molto utilizzati anche nel campo dell'ingegneria del suono. Il Laboratorio è in grado di eseguire gran parte delle misure acustiche, illuminotecniche e vibrazionali previste sulla base del vigente quadro legislativo e normativo, rilasciando certificati di prova; in particolare, oltre alle attività di ricerca sperimentale già citate:

• Misura dei parametri ambientali rilevanti ai fini dell'ottenimento delle condizioni di benessere termico, acustico e visivo;
• Qualificazione acustica di sale da concerto, teatri, auditoria, aule;
• Misura in laboratorio ed in opera del coefficiente di assorbimento acustico dei materiali;
• Misura in opera dell'isolamento acustico e del livello di potenza sonora.

L'ambito di ricerche del settore degli Impianti Industriali Meccanici si è definito e consolidato con lo sviluppo di attività attinenti alla progettazione, realizzazione e gestione dei sistemi di produzione industriali.

• Lo studio e la progettazione degli impianti. Rientrano in questo ambito gli aspetti tecnici ed economici connessi alla progettazione degli impianti produttivi, lo studio di fattibilità, le scelte ubicazionali e di lay-out, la valutazione dell'impatto ambientale di prodotti e processi, l'analisi del rischio e di sicurezza, l'ottimizzazione energetica, le tecniche di dimensionamento, la gestione industriale della qualità.
• I servizi generali di impianto. Comprendono la modellazione e l'ottimizzazione dei parametri fisici di funzionamento delle apparecchiature e dei componenti elementari di impianto, lo studio e la modellazione degli impianti a fluido, le valutazioni di affidabilità e di disponibilità, la manutenzione industriale, lo studio degli impianti pneumatici per la movimentazione dei materiali sfusi.
• La logistica e la gestione della supply chain In quest'ambito vengono studiate le tematiche inerenti alla progettazione e gestione efficace ed efficiente dei flussi di prodotti, servizi ed informazioni, dai fornitori di materie prime e componenti al consumatore finale. In particolare, vengono approfonditi aspetti inerenti ai magazzini e ai sistemi di material handling, agli imballaggi delle merci, ai sistemi e alle modalità di trasporto, alla gestione delle scorte, oltre agli studi di fattibilità per l'implementazione di sistemi di tracciabilità a valore aggiunto e alla riprogettazione logistica avanzata basata su tecnologie RFID e sistemi EPC.
• La gestione dei sistemi di produzione. Appartengono a questo filone tematiche quali la programmazione della produzione per lotti, per commessa o continua, la pianificazione dei fabbisogni nei sistemi PUSH, la pianificazione dei progetti, la simulazione stocastica dei sistemi produttivi, le tecniche di previsione della domanda, l'ottimizzazione delle scelte di assegnazione e di schedulazione della produzione, la gestione della qualità, l'ingegneria di manutenzione.
• Impianti dell'industria alimentare. Una particolare attenzione è stata inoltre rivolta a tecnologie proprie del comparto alimentare, con approfondimenti nel campo della sicurezza alimentare (in particolare di aspetti legati all'HACCP), del confezionamento asettico, degli impianti di stagionatura delle carni, del confezionamento e dell'imbottigliamento dei liquidi, simulazione numerica e realizzazione di software dedicati per il controllo di complessi processi di trasformazione di prodotti alimentari con particolare attenzione all'estrusione.

L'area Ingegneria Economico-Gestionale raggruppa le competenze per l'integrazione degli aspetti economici, organizzativi e gestionali in campo ingegneristico. L'attività di ricerca dell’area è relativa agli ambiti disciplinari del management e della gestione dell'innovazione di aziende industriali e di servizi nella duplice prospettiva strategica ed organizzativa. Particolare attenzione viene riservata alle complesse e reciproche interazioni tra variabili strategiche, tecnologiche e pratiche gestionali, attraverso l'analisi dei processi di business sia interni all'azienda sia esterni al suo perimetro organizzativo. Nello specifico, l'attività di ricerca dell'area è riconducibile alle seguenti macro-tematiche:

• la gestione dei processi di innovazione e di trasferimento tecnologico;
• i sistemi organizzativi per la gestione della conoscenza e delle competenze individuali nella R&S;
• la gestione del ricambio generazionale nei family business.

I principi ispiratori dei progetti di ricerca sono rappresentati dalla messa a punto teorica e successiva validazione scientifica di modelli e soluzioni operative innovativi. Le metodologie di ricerca utilizzate sono ad ampio spettro (case studies, action research, survey per analisi statistiche multivariate, approcci simulativi, tecniche di text mining).

Le attività di ricerca svolte dall'area Macchine a fluido riguarda i seguenti ambiti principali:

• Sistemi oleodinamici: nell'ambito dei sistemi oleodinamici il gruppo di ricerca ha competenze sia su aspetti inerenti allo sviluppo di modelli matematici di componenti e sistemi sia su aspetti inerenti all'analisi sperimentale delle prestazioni di componenti e sotto-sistemi di circuiti idraulici. In particolare, in ambito sistemi idraulici sono in corso ricerche finalizzate alla riduzione dei consumi energetici nelle diverse applicazioni sia attraverso l'individuazione di soluzioni circuitali alternative sia attraverso l'utilizzo di sistemi di recupero dell'energia anche mediante soluzioni ibride idraulico-elettrico.
  Macchine per l'industria alimentare: in questo ambito il gruppo ha sviluppato competenze sullo studio di macchine e processi attraverso l'utilizzo di codici di fluidodinamica computazionale (CFX® di Ansys). Particolare impegno è dedicato allo studio dei processi di omogeneizzazione ad alta pressione attraverso l'analisi e l'ottimizzazione delle macchine impiegate nel processo.
• Sistemi Energetici: nel campo dei sistemi energetici l'attività di ricerca è principalmente finalizzata allo sviluppo di metodologie per lo sviluppo di modelli matematici per la simulazione del comportamento dei sistemi energetici, sia per la generazione di energia da fonti sia fossili che rinnovabili sia per la conversione e l'utilizzo dell'energia. Tali modelli possono quindi trovare ampio impiego nella simulazione di reti energetiche complesse sia nel funzionamento stazionario che in transitorio ed essere così impiegati per la ottimizzazione dell'architettura della rete e delle strategie di gestione dei sui componenti (Smart grids).
• Motori a combustione interna: le attività di ricerca nel campo dei motori a combustione interna sono finalizzate allo sviluppo di modelli real-time di motori alternativi sia ad accensione comandata che Diesel con riferimento anche ad architetture complesse (sovralimentazione, e-Boost, integrazione con impianti ORC, ecc.). Tale tipologia di modelli è rivolta alla progettazione ed alla validazione di algoritmi di controllo mediante tecniche HiS/SiL.

L'area di Meccanica Applicata alle Macchine possiede competenze in diversi contesti dell'ingegneria meccanica. Le principali linee di ricerca riguardano:

• Teoria dei meccanismi (cinematica, dinamica, sintesi, ottimizzazione);
• Meccanica computazionale (simulazione multibody, elementi finiti, problemi di contatto, metodi numerici, dinamica del veicolo);
• Tribologia (lubrificazione, studio dell'usura, elasto-idro-dinamica EHD);
• Meccatronica (robotica, automazione, azionamenti meccanici);
• Dinamica delle vibrazioni (analisi modale, sistemi vibranti, rotori);
• Misure, collaudi e diagnostica;
• Propagazione ondosa (modellizzazione teorica e numerica, scattering, monitoraggio dello stato strutturale, isolamento acustico, analisi vibro-acustica).

Le competenze del settore scientifico disciplinare "Metallurgia" sono inerenti allo studio della microstruttura e delle caratteristiche meccaniche dei materiali metallici; lo scopo principale è l'analisi degli aspetti ingegneristici della scienza e della tecnologia dei metalli e delle loro leghe con particolare attenzione alla loro applicabilità nei vari campi di interesse industriale.

Temi di ricerca specifici:

• L’Additive Manufacturing di materiali metallici: aspetti microstrutturali, trattamenti termici e caratteristiche meccaniche statiche di leghe di Ti e leghe di AlSi prodotte con tecnologie AM. Influenza dell’aggiunta di Ni, V o Cu a leghe Al-Si da fonderia sulle proprietà a T ambiente o superiore.
• Valutazione di nuovi materiali antiusura e nuove tecniche di deposizione per il rivestimento e riparazione di componenti aeronautici.
• Studio della Friction Stir Welding (FSW) e Friction Stir Processing (FSP) di acciai inox austenitici, di leghe di Alluminio e di leghe di Magnesio: risposta meccanica ed evoluzione della microstruttura.
• Ecap di leghe leggere innovative.
• Deformazione a caldo di leghe di alluminio e compositi a matrice metallica: studio dell'evoluzione microstrutturale e della correlazione con i parametri costitutivi.
• Effetto dei trattamenti termici sulle proprietà meccaniche di leghe di alluminio e di magnesio ottenute per tixoformatura e per hpdc.
• Studio delle ghise ADI: trasformazione di austempering.

Il gruppo di Misure Meccaniche e Termiche vanta una lunga esperienza non solo nello sviluppo e la qualificazione di nuove tecniche di misura, ma anche nella personalizzazione e l'applicazione di consolidati principi di misura in campi innovativi. L'attività del gruppo è rivolta sia alla ricerca, applicata e non, sia alla consulenza in ambito industriale. I principali settori in cui opera il Gruppo sono:

• Monitoraggio strutturale: sviluppo di sistemi di misura innovativi per il monitoraggio continuo di strutture, sperimentazione di nuovi sensori, data mining, tecniche di analisi avanzate.
• Metodi di misura basati sulle immagini: misure contact less di profili.
• Localizzazione di sorgenti acustiche: tecnica del beamforming e sue applicazioni.
• Analisi modale: collaudo di strutture civili e meccaniche, analisi e accoppiamento sperimentale di strutture complesse.
• Interazione uomo struttura: influenza degli occupanti sulle proprietà di una struttura, serviceability da vibrazione di strutture.
• Diagnostica e prognostica di macchinari e componenti mediante sistemi di misura e tecniche di analisi dei dati sviluppate ad hoc.
• Smart materials per il controllo e l’abbattimento delle vibrazioni meccaniche
   

L'area Progettazione e Costruzione di Macchine ha competenze nell'ambito delle metodologie avanzate di progettazione e di verifica degli elementi delle macchine, dei componenti strutturali e dei sistemi meccanici, e la progettazione e sviluppo prodotto in diversi settori industriali, tra i quali automotive, meccanico, biomedicale, alimentare, oleodinamico e materiali. Le attività di ricerca sviluppate, attraverso anche collaborazioni con aziende nazionali e straniere, sono relative ai seguenti temi:

• Applicazione di metodi di Computer Aided Engineering: Ottimizzazione di soluzioni progettuali; Simulazione di componenti meccanici in condizioni complesse di esercizio.
• Progettazione interattiva di sistemi meccanici; Applicazione e sviluppo di modelli di micromeccanica del comportamento dei materiali; Simulazione della resistenza residua di strutture fessurate sottoposte a carichi statici e affaticanti. Simulazione del processo di iniezione di materiali polimerici.
• Integrità strutturale: progettazione a fatica di giunzioni saldate sottoposte a carichi di servizio; resistenza statica ed a fatica di giunzioni incollate e ibride incollate/rivettate, incollate/clinciate, incollate/saldate; caratterizzazione meccanica di materiali metallici, non metallici e compositi (Elastomeri; Polimeri termoplastici e termoindurenti, inclusi gli adesivi strutturali; compositi a matrice polimerica ed a matrice metallica; leghe alluminio-silicio per getti; metalli a struttura ultrafine del grano; leghe metalliche prodotte con tecnologie di additive manufacturing; composti polimerici per il rapid prototyping).
• Metodi e applicazioni nell'ambito della Progettazione e sviluppo di prodotto: metodologie di supporto alla fase concettuale della progettazione; tecniche di accelerazione dello sviluppo di prodotto.
• Meccanica sperimentale: applicazione della tecnica di digital image correlation allo studio delle deformazioni dei materiali; estensimetria; progettazione e sviluppo di sistemi innovativi di prova di materiali e componenti.

La scienza delle costruzioni è una scienza applicata che affonda le sue origini nella meccanica classica. Le competenze del settore scientifico disciplinare Scienza delle Costruzioni riguardano lo studio e l'utilizzo di modelli fisico-matematici teorici e sperimentali che descrivano il comportamento delle strutture e dei loro componenti (elementi strutturali) sotto l'effetto di varie azioni o sollecitazioni. Il gruppo di ricerca si occupa principalmente di:

• Studio e modellazione del comportamento di materiali fragili, con particolare riferimento alla meccanica della frattura e del danneggiamento in materiali fragili e quasi-fragili, in particolare del vetro per applicazioni strutturali; sviluppo di linee guida per la progettazione.
• Teoria non lineare dell'elasticità e della plasticità, sviluppata principalmente con approccio variazionale.
• Comportamento di piastre e travi sandwich con intercalari che realizzano l'accoppiamento a taglio. Studio del caso di travi ad asse curvilineo. Sviluppo di modelli agli spessori efficaci per il vetro stratificato, ampiamente utilizzato in applicazioni strutturali. Modellazione del comportamento a flessione e del buckling di travi sandwich con intercalari viscoelastici. Studio e modellazione dei processi di cold-bending del vetro stratificato e del cold-lamination-bending, con particolare attenzione agli aspetti reologici e all'ottimizzazione.
• Rinforzo di strutture in materiale quasi-fragile mediante l'impiego di materiali compositi fibro-rinforzati. - Problemi di adesione e coesione nei problemi di contatto tra rinforzi e substrati elastici. Modellazione analitica dei fenomeni di delaminazione e distacco delle lamine mediante l'utilizzo della meccanica della frattura e della teoria delle dislocazioni distribuite.

L'interesse verso i materiali e coating nanostrutturati, nonché verso i ceramici per l'edilizia e le costruzioni è al centro delle attività dell'area che puntano a sviluppare materiali e componenti prototipali essenzialmente a base argillosa, ossidica e composita. La progettazione di sistemi nanoparticellari per applicazioni estetiche e funzionali suscita oggi un enorme interesse nei comparti industriali più svariati. La modifica delle proprietà chimico-fisiche ed estetiche di superficie (deposizione di rivestimenti, smalti o inchiostri nanoparticellari) consente di conferire ai materiali, oltre che proprietà meccaniche migliorate (coating antigraffio) e proprietà anticorrosione, nuove funzionalità che spaziano dalla capacità di degradazione di sostanze inquinanti e cariche batteriche (coating antibatterici) fino alla possibilità di attivare meccanismi di autopulenza. Il know how riguarda il controllo dei parametri di prodotto/processo per la progettazione e sintesi di rivestimenti funzionali inorganici e ibridi su scala nanometrica, la messa a punto di metodologie di deposizione idonee e facilmente trasferibili su scala industriale, l'ottimizzazione delle caratteristiche chimico-fisiche e funzionali dei prodotti finiti, nonché la durabilità delle prestazioni nel tempo. Le competenze sviluppate dal gruppo di ricerca possono essere estese a tutta una gamma di materiali - quali ceramica, vetro, metalli o compositi – con valutazione delle specifiche problematiche. Sono al momento attive linee di ricerca e di sviluppo precompetitivo per la realizzazione di:

• Fotoreattori innovativi per il trattamento di acque industriali ottenuti mediante processi di ossidazione avanzata (AOP) a base di ossidi semiconduttori, ad es. TiO2, in grado di degradare molecole organiche sotto irraggiamento UV; in questo ambito, si stanno studiando soluzioni innovative per massimizzare i volumi/h trattati per applicazione sia in ambito manifatturiero che agroalimentare;
• Nuovi materiali compositi nanostrutturati per il biomedicale con particolare riferimento al settore dentistico; in questo ambito, si stanno studiando nuove formulazioni con proprietà meccaniche, estetiche e funzionali migliorate rispetto alle resine fotoreticolabili attualmente in uso.
• La progettazione e realizzazione di materiali polimerici nanocompositi e rivestimenti funzionali richiede la messa a punto di processi innovativi di preparazione e deposizione con valutazione della dipendenza delle proprietà di bulk (chimico-fisiche, meccanico-tribologiche, termiche, microstrutturali), di superficie (composizione, struttura e morfologia) e funzionali (attività catalitica, bagnabilità e durabilità nel tempo) possedute dai prodotti. In questi casi, il gruppo di ricerca è in grado di supportare la progettazione e realizzazione dei prodotti, nonché di offrire le tecniche analitiche più idonee alla caratterizzazione dei prodotti finali.

L'area Tecnologie e sistemi di lavorazione si occupa di:

• Processi tecnologici convenzionali e avanzati.
• Studio teorico e sperimentale dei processi tecnologici tradizionali (fonderia, deformazione plastica, lavorazione alle macchine utensili, rettifica, calandratura, saldatura, montaggio) e avanzati (waterjet cutting, laser cutting).
• Processi di microlavorazione.
• Studio teorico e sperimentale dei processi di microlavorazione per realizzare superfici strutturate per applicazioni specifiche mediante abrasione.
• Processi di microlavorazione mediante laser a fibra impulsato
• Studio teorico e sperimentale dei processi di microlavorazione mediante laser a fibra impulsato per la generazione di specifiche texture superficiali per applicazioni dell'industria meccanica, alimentare e biomedicale.
• Processi di ricoprimento superficiale - Studio teorico e sperimentale dei processi di ricoprimento superficiale per la generazione di film sottili e di grande spessore antiusura, autolubrificanti, anticorrosione, biocompatibili, barriere termiche (PVD, Plasma Spray, CVD, PACVD).
• Caratterizzazione microstrutturale- Analisi metallografica mediante microdurezza Vickers e Scratch test e Microscratch test per la caratterizzazione delle proprietà microstrutturali di materiali metallici e non metallici; caratterizzazione delle proprietà meccaniche di film sottili e di ricoprimenti di grande spessore (durezza, adesione, delaminazione, deformazione e rottura); caratterizzazione delle proprietà tribologiche a secco e lubrificato di superfici mediante Tribo test.
• Analisi microtopografica tridimensionale di superfici - Studio teorico e sperimentale mediante sistema di analisi microtopografia tridimensionale con contatto e senza contatto di superfici.
• Gestione integrata della produzione.
• Pianificazione e programmazione di sistemi di lavorazione automatizzati con sistemi CAD/CAPP/CAM; studio di sistemi integrati CIM.