Structural behaviour of masonry arch with no-horizontal springing settlement

This paper presents a calculation procedure for assessing the structural integrity of a masonry arch with non-horizontal springing settlement. By applying the Principle of Virtual Work (PVW) to the deformed arch system, the procedure proposed herein details the reaction forces and thrust lines for each step of imposed settlement of the support. The procedure can also be used estimate the final displacement that causes complete failure of arch structural capacity. The results of the analysis procedure were compared against those obtained by experimental testing so as to validate the proposed calculation metho

Sviluppo di Algoritmi in Tempo Reale per la Simulazione, il Monitoraggio e la Diagnostica di Sistemi Ferroviari

Il trasporto ferroviario in questo ultimo decennio, è divenuto protagonista di un periodo di grande espansione ed evoluzione tecnologica; il successo è dovuto all' elevata capacità di carico con la potenzialità di soppiantare ogni altro sistema nelle zone metropolitane, non solo nel trasporto passeggeri su brevi e medie distanze, ma anche nel trasporto merci. Tale sistema di trasporto, inoltre, garantisce un basso impatto ambientale in un periodo storico in cui le fonti energetiche stanno diventando sempre più carenti e il livello di inquinamento delle zone industrializzate raggiunge livelli di gran lunga superiori ai livelli massimi dettati dall'Unione Europea. Per queste motivazioni l'Unione Europea ha dato una grande spinta, in termini di finanziamenti, per la costruzione di nuove linee ferroviarie ad alta velocità per il trasporto passeggeri e ad alta capacità per il trasporto merci. La disponibilità di consistenti fondi europei ha permesso la realizzazione di nuove linee per il traffico inter-europeo, rendendo, così, competitivo il trasporto su rotaia competitivo sulle medie distanze a discapito del trasporto aereo. Nonostante alcuni paesi europei abbiano investito in tale ambito ottenendo sviluppi ed esiti positivi, la situazione non è omogenea in tutta Europa: il sistema ferroviario rimane in una situazione stagnante in molti Paesi membri dell'UE, in particolar modo soprattutto nel settore delle linee ad alta velocità. A riprova di tale affermazione si hanno i dati statistici: dal 2000 ad oggi il trasporto ferroviario passeggeri è rimasto mediamente costante con una quota del 6%, mentre il trasporto merci su rotaia è diminuito, passando dall'11.5% al 10.2%. L'incapacità di far fronte alle necessità di un trasporto capillare disperso su vaste aree con volumi di trasporto limitati è, principalmente, il limite del trasporto ferroviario. L'Unione Europea, per far fronte a tale situazione, ha nuovamente stanziato ingenti fondi, con il duplice obiettivo da un lato di permettere la futura riduzione dei costi dei servizi ferroviari, dall'altro di aumentare nel contempo capacità, frequenza e affidabilità della rete ferroviaria Europea. Nell'ottica di migliorare l'affidabilità del trasporto ferroviario un importante contributo è dato dai sistemi di monitoraggio a bordo veicolo, che attualmente si trovano esclusivamente installati su veicoli ad alta velocità, dove l'investimento per questi sistemi è giustificato dall'elevato costo di tale tipologia di rotabili. In realtà anche veicoli passeggeri con prestazioni inferiori e veicoli merci potrebbero trarre grandi benefici da questi dispositivi. Per venire incontro a tale esigenza, risulta necessario sviluppare nuovi sistemi di monitoraggio a basso costo, che non solo permettano di controllare le condizioni di marcia del veicolo, ma che possano anche essere utilizzati per sviluppare un piano di manutenzione preventiva. Un sicuro beneficio che, infatti, si potrebbe trarre da questi sistemi è la riduzione dei costi associati ai guasti, al fine di migliorare le procedure di manutenzione. Senza dubbio le potenzialità di un sistema di monitoraggio sono fortemente condizionate dalla qualità degli algoritmi utilizzati per elaborare i segnali acquisiti, con lo scopo di rilevare eventuali anomalie o di marcia o a livello di componente del veicolo. Lo sviluppo di tali algoritmi predittivi e diagnostici richiede lunghe attività di ricerca, che non possono essere effettuate in linea a causa degli elevati costi dovuti alla messa a punto di un apposito veicolo di prova e dell'occupazione della linea. Per questa ragione, lo sviluppo e la calibrazione di questi algoritmi devono essere effettuati su appositi banchi prova che consentono di testare gli algoritmi in laboratorio, garantendo una buona ripetibilità dei risultati e allo stesso tempo riducendo notevolmente i costi. La tesi di dottorato tratta lo studio di problematiche correlate alla dinamica ferroviaria, al fine di sviluppare un sistema di monitoraggio che possa essere installato su diverse tipologie di veicolo. Il sistema di monitoraggio deve essere in grado di rilevare in tempo reale condizioni di marcia pericolose e eventuali anomalie di alcuni dei suoi componenti più importanti: boccole, freni, sospensione primaria e secondaria. Il sistema di monitoraggio include algoritmi ad hoc che sono stati sviluppati mediante l'utilizzo di appositi banchi prova ferroviari, che ne permettono la validazione in laboratorio senza dover ricorrere a prove in linea. La tesi tratta, inoltre, lo sviluppo di un algoritmo di contatto in tempo reale che può essere incluso nel sistema di monitoraggio, finalizzato alla valutazione in tempo reale delle forze scambiate tra ruota e rotaia, che sono di fondamentale importanza per valutare la dinamica del veicolo. L'algoritmo di contatto è stato impiegato per effettuare studi di adesione e di usura su banco prova Roller-Rig. Il risultato finale dell'attività di ricerca è un primo prototipo di sistema di monitoraggio, testato su un veicolo reale. Gli algoritmi, che eseguono le diverse funzioni di monitoraggio, sono in grado di rilevare sia problemi legati alla stabilità del veicolo (deragliamento, instabilità), sia eventuali anomalie di alcuni componenti del veicol

UN ALGORITMO DI CONTATTO RUOTA-ROTAIA PER L'IMPIEGO IN SISTEMI DI CALCOLO IN TEMPO REALE

Nello studio del comportamento dinamico dei veicoli ferroviari uno degli aspetti di maggiore rilevanza è il problema della determinazione delle forze scambiate al contatto ruota-rotaia. Questo problema è tuttora oggetto di studi che da un lato cercano di ottenere risultati di maggiore accuratezza e dall'altro cercano di ridurre i tempi di calcolo. Il lavoro illustra i risultati ottenuti con l'algoritmo di contatto sviluppato presso il Politecnico di Torino, denominato RTCONTACT; questo codice, che è un'evoluzione dell'algoritmo CONPOL, è il risultato di lunghe attività di ricerca, le versioni precedenti sono state utilizzate in cosimulazione con codici MBS e in ambiente Matlab® per simulare il comportamento di veicoli ferroviari. Il codice è stato sviluppato anche basandosi su risultati sperimentali ottenuti da banco prova "Roller-Rig". In questo lavoro si illustrano le principali caratteristiche del codice e si presentano confronti con altri codici numerici, pubblicazioni e normative per i risultati di maggiore interesse per il contatto ruota-rotai

Dynamical Effects of the Increase of the Axle Load on European Freight Railway Vehicles

The development of an efficient freight railway system requires minimizing the travel time and maximizing the load capacity of trains. This objective can be achieved through three different strategies which can be adopted separately or in synergy. These strategies substantially consist of improvement of the load capacity of a single vehicle, increase in the train length, and increment of the vehicle velocity. The option to adopt simultaneously all three strategies is possible only when operating on dedicated infrastructures and specifically designing the vehicles and the track. This work shows the effect of the increment of the axle load, over the actual Italian limitation, on the most important indicators defined by the UIC regulation to homologate the vehicles. The calcula-tions have been performed on a high-quality real track using a numerical model of a vehicle based on the Y25 bogie. In order to take into account higher axle loads, the vehicle primary suspension has been redesigned. The results show that an increment of the axle load is feasible until an axle load of 32.5 ton if speed is limited to 80 km/h, or until 30 ton if speed is limited to 120 km/h

Monitoring systems for railways freight vehicles

Monitoring systems are a key tool to improve the safety of railway vehicles and to support maintenance activities. Their on-board application on railway vehicles is currently well established on newly built passenger vehicles, while their use on freight vehicles is not yet sufficiently widespread. This is due to the complex management of the operating procedures of the freight wagons, to the substantial impact of the cost of these systems compared to the cost of the wagon and to the common lack of electrification on freight wagons. This work illustrates the characteristics of a monitoring system developed at Politecnico di Torino and previously installed on freight vehicles and operationally tested as regards the detection of accelerations and temperatures as diagnostic parameters. This system has been improved by adding diagnostics of the vehicle braking system, in order to detect anomalies during braking operations and to support maintenance procedures. The activity described in the present work aims to identify, beyond the specific diagnostic system that has been implemented, the basic characteristics that a modern monitoring system, intended to be installed on railway freight wagons, should feature. The new version of the monitoring system that has been developed at Politecnico di Torino has been preliminarily tested on a scaled roller-rig in order to monitor the braking system even in abnormal operating conditions, which would be difficult to reproduce safely on a real vehicle. The monitoring system is equipped with an axle generator capable of autonomously supporting its operation, and it is also provided with a diagnostic information processing system and communication protocols to send outside this information

Simulation of the Thermal Behavior of Cast Iron Brake Block during Braking Maneuvers

In recent years, the interest in monitoring the operating conditions of freight wagons has grown significantly to improve the safety of railway vehicles. The railway research group of the Politecnico di Torino has been working for years on the development of solutions to effectively monitor the operating conditions of passenger and freight rail vehicles. As part of the national Cluster ITS Italy 2020 project funded by Italian ministry of education, university and research (MIUR), the Politecnico di Torino has collected a considerable amount of data thanks to the wired and wireless prototypes developed. The data obtained are used in this paper for the validation and calibration of a finite element (FE) model that simulates the temperature variation of a cast iron brake block due to braking operations of an intermodal freight wagon. The developed model can be a useful tool to predict the temperature at the wheel–shoe interface as a function of the current operating conditions since a direct measurement is not easy to perform

Auxetic Foams for Sport Safety Applications

Auxetic materials offer potential to be applied to sports safety equipment. This work reports quasi-static and impact testing of auxetic open-cell polyurethane foam - fabricated with a compression and heat treatment process - in comparison to its conventional counterpart. The foam was compressed to 70% of its original dimension along each dimension during the conversion process. Quasi-static compression testing confirmed the converted foam to be auxetic, with a Poisson's ratio of -0.08. Impact testing was performed for energies up to 5.6 J with an instrumented drop rig and high-speed video. Peak accelerations were ∼3 times lower for the auxetic foams, because they prevented bottoming. This work has shown further potential for auxetic foam to be applied to sports safety devices. Future work should look to optimise foam selection and the conversion process, while comparing auxetic foam with existing materials and products

The Online Observation Quality System for the ASTRI Mini-Array

The ASTRI Mini-Array is an international collaboration led by the Italian National Institute for Astrophysics (INAF), aiming to construct and operate an array of nine Imaging Atmospheric Cherenkov Telescopes (IACTs) to study gamma-ray sources at very high energy (TeV) and to perform stellar intensity interferometry observations. This contribution describes the design and the technologies used by the ASTRI team to implement the Online Observation Quality System (OOQS). The main objective of the OOQS is to perform data quality analyses in real-time during Cherenkov and intensity interferometry observations to provide feedback to both the Central Control System and the Operator. The OOQS performs the analysis of key data quality parameters and can generate alarms to other sub-systems for a fast reaction to solve critical conditions. The results from the data quality analyses are saved into the Quality Archive for further investigations. The Operator can visualise the OOQS results through the Operator Human Machine Interface as soon as they are produced. The main challenge addressed by the OOQS design is to perform online data quality checks on the data streams produced by nine telescopes, acquired by the Array Data Acquisition System and forwarded to the OOQS. In the current OOQS design, the Redis in-memory database manages the data throughput generated by the telescopes, and the Slurm workload scheduler executes in parallel the high number of data quality analyses.Comment: 8 pages, 3 figures, Proceedings of the 37th International Cosmic Ray Conference (ICRC 2021), Berlin, German

ASTRI Mini-Array Data Model Document

This document provides an overview of the data products of the ASTRI MA System, and their conceptual (and logical) data models. The goals are: - list the data products produced by the MA system and the related data product categories; - show the relationship between the data products; - define a short identifier for the data product; - refer to data streams in architectural diagrams without ambiguity; - define interfaces and data models