Descrizione previsione attività della commessa "Modelli, tecnologie e sistemi di progettazione innovativi per le attività marittime e l'ambiente marino (ET.P02.017)"

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  • Descrizione previsione attività della commessa "Modelli, tecnologie e sistemi di progettazione innovativi per le attività marittime e l'ambiente marino (ET.P02.017)" (literal)
Iniziative per acquisizione entrate
  • E' stato scritto un proposal per un progetto di ricerca dal titolo \"ENhanced Sph Schemes for complex free-surface flows\" che verrà finanziato da CENTRALE INNOVATION S.A. (centro scientifico Auguste Moiroux) a partire da Maggio 2015. • E' stata stipulata una convenzione di accoglienza per un ricercatore dell'università di Harbin per lo studio \"Study and application of particle methods for simulating naval hydrodynamic problems\" nell'ambito del progetto di ricerca \"PANdA: Particle methods for Naval Applications\", co-finanziato dall'università di Harbin. • E' stata di recente avviata formalmente una collaborazione con la Swinburne Univ. of Technology (AU) al fine di individuare argomenti di ricerca di reciproco interesse applicativo. • Partecipazione ad un consorzio per un progetto europeo sul monitoraggio strutturale • Parte dell'attività di ricerca per lo sviluppo di modelli di cavitazione per flussi non viscosi risolti con tecniche agli elementi di contorno viene svolta nell'ambito di progetti di ricerca in ambito nazionale (Progetto Bandiera RITMARE) e nell'ambito dell'UE, Settimo Programma Quadro (Progetto SONIC). • Proposta per partecipazione a progetti con la Marina Militare. • Avvio del progetto di ricerca NICOP su ottimizzazione di sistemi industriali complessi affetti da incertezza in ambito navale, finanziato all'Office of Naval Research, previsto per la fine di Marzo. •Partecipazione alle call europee nell'ambito di Horizon 2020. (literal)
Punti critici
  • Calibrazione in acqua delle TSP in presenza di variazioni dell'indice di rifrazione a causa dei gradienti di temperatura. Acquisizione contemporanea di dati da TSP e da Particle Image Velocimetry con sorgenti luminose che interferiscono tra loro. • Installazione dei piezo-elettrici sui pannelli flessibili • Nell'ambito del progetto RITMARE (SP2-WP2-A2.4), essendo il modello Smooth Particle Hydrodynamics (SPH) basato su una tecnica puramente lagrangiana, l'accoppiamento con solutori euleriani ha richiesto la programmazione di algoritmi dedicati che occorrerà ulteriormente testare e affinare prima di poterli applicare a casi di reale interesse ingegneristico. • Il modello Diffused Vortex Hydrodynamics (DVH) sviluppato con successo negli scorsi due anni richiede ora una fase di ingegnerizzazione del software al fine di poter diventare un valido strumento per il supporto ai problemi di interesse ingegneristico. • Parallelizzazione dell'algoritmo di triangolarizzazione nella discretizzazione del problema idrodinamico, difficile da effettuare in modo efficiente. Per la simulazione 3D uno dei problemi da risolvere riguarda la scalatura delle prestazioni di calcolo su un gran numero di processori. L'impiego di una tecnica di adaptive refinement rende infatti complesso il raggiungimento di un buon bilanciamento del carico tra i diversi processi. • Per quanto riguarda la ricostruzione del carico alcuni approfondimenti di teoria dell'approssimazione sono necessari per sviluppare il caso di condizioni integrali nel caso 2D. • L'effetto e il trattamento del rumore per l'identificazione del danno costituisce un aspetto delicato da affrontare. • La capacità di affrontare e risolvere con successo l'ottimizzazione di sistemi complessi (multidisciplinari e affetti da incertezza) è il principale obiettivo delle attività di ricerca. • L'incremento dell'efficienza algoritmica, con una riduzione degli oneri computazionali grazie allo sfruttamento di architetture di calcolo parallele, è un importante obiettivo, comune a tutte le attività descritte (literal)
Attività da svolgere
  • • Per quanto riguarda l'attività sui film per la riduzione della resistenza, è previsto un nuovo programma sperimentale sullo stesso tipo di corpo immerso per la valutazione delle prestazioni di una conformazione superficiale totalmente diversa. L'obiettivo è quello di individuare i parametri che possono ridurre l'accuratezza della misura delle diverse componenti idrodinamiche, con particolare riferimento all'utilizzo delle prove di manovrabilità. • Relativamente all'utilizzo delle TSP in ambito idrodinamico-navale, sarà acquisito il campo di velocità adiacente al cilindro risolto nel tempo. Sarà effettuata la calibrazione delle TSP e identificato un modello per il passaggio dalla temperatura di superfice al valore della frizione a parete. • Saranno progettati e realizzati setup sperimentali ed eseguite campagne di misura per lo studio e la caratterizzazione diretta o indiretta degli effetti locali e globali prodotti da rivestimenti nano-strutturati con caratteristiche di super-idrofobicità. • Saranno sviluppati modelli teorico-numerici per lo studio della risposta di materiali compositi di utilizzo navale a carichi d'onda impulsivi. • In relazione all'utilizzo di materiali piezoelettrici, l'obiettivo prioritario è la realizzazione di esperimenti in cui i piezoelettrici fungeranno da attuatori-sensori per eccitare un pannello a frequenze interessanti per il rilievo delle modifiche strutturali. Sarà valutata l'applicabilità dei piezoelettrici su pannelli flessibili e l'utilizzo di sensori piezolettrici in luogo di sensori di tipo tradizionale nelle misure su strutture galleggianti. • Saranno progettati e realizzati setup sperimentali ed eseguite campagne di misura per lo studio e la caratterizzazione diretta o indiretta degli effetti locali e globali prodotti da rivestimenti nano-strutturati con caratteristiche di super-idrofobicità. • Saranno sviluppati modelli teorico-numerici per lo studio della risposta di materiali compositi di utilizzo navale a carichi d'onda impulsivi. • Sviluppi ulteriori dei problemi di ricostruzione di campi di carico basati su dati sparsi e non omogenei. • Prosecuzione dello sviluppo delle metodologie e dei relativi codici a particelle con l'obbiettivo dell'applicazione ad un numero maggiore di contesti ingegneristici. • Prosecuzione dello sviluppo del modello di calcolo a due fluidi, completando la parte relativa al trasporto dell'interfaccia. Attraverso il codice di calcolo open-source si effettuerà un primo tentativo di simulazione 3D da confrontare con i risultati in 2D. Particolare attenzione sarà posta sulla dissipazione di energia e all'instabilità modulazionale ondosa. • Nell'ambito dello sviluppo di tecniche AMR, verranno implementati algoritmi basati su una struttura dati a foresta, considerata ottimale per le applicazioni di interesse. Le tecniche AMR verranno impiegate in casi test di routine. • Sviluppo di tecniche algoritmiche per la minimizzazione dell'occupazione di memoria locale per il solutore Xnavis, nel caso di simulazioni con griglie mobili. • Sviluppo di un codice accoppiato strutturale/fluidodinamico per lo studio del problema dell'interazione fluido struttura in caso di corpi deformabili. • Si intendere estendere la ricostruzione del carico non-stazionario nel caso di misure di forza • Prosecuzione degli studi di validazione su un modello di cavitazione innovativo basato su formulazione di tipo \"velocità di traspirazione\" per la trattazione unificata di flussi non-cavitanti e cavitanti. Il modello sarà applicato a casi di eliche cavitanti in flusso uniforme e nella scia di una carena ed i risultati confrontati con dati tratti dalla letteratura e dalle prove sperimentali svolte all'INSEAN. • Gli studi riguarderanno anche l'estensione della metodologia a solutori idrodinamici di tipo ibrido RANSE/BEM per l'inclusione degli effetti della cavitazione nello studio con tecnica ibrida viscoso/non-viscoso dell'interazione tra propulsore e nave. • Sviluppo/validazione di un modello di rete neurale per la previsione di segnali; sviluppo/validazione modello ibrido non stazionario RANSE/BEM. • Studio di metodi di riduzione della dimensionalità per domini di grande dimensione. • Ottimizzazione di veicoli marini in ambiente e condizioni operative stocastici, tramite uncertainty quantification, metamodelli ed algoritmi di ottimizzazione globale a sciame. • Studio e sviluppo di algoritmi di minimizzazione globale singolo e multi obiettivo a sciame di tipo sincrono ed asincrono. • Studio e sviluppo di strategie efficienti per l'ottimizzazione multidisciplinare robusta in ambito navale. (literal)
Risultati attesi
  • • Pubblicazioni dei risultati ottenuti nel 2014 su riviste scientifiche ISI. • Raggiungimento degli obiettivi relativi al progetto RITMARE. • Ulteriori potenziamento dei solutori numerici sviluppati presso INSEAN. • Determinazione degli effetti prodotti da film di rivestimento su alcune grandezze idrodinamiche. • Indicazioni sulla modifica della struttura dello strato limite, sulla riduzione della resistenza e sulla generazione di vibrazioni e rumore in presenza di rivestimenti super-idrofobici. Definizione di parametri adimensionali per la caratterizzazione della risposta di strutture navali in composito eccitate da carichi d'onda impulsivi. • Modellazione dell'effetto strutturale del piezoelettrico nelle diverse modalità di funzionamento. • Caratterizzazione della dissipazione di energia associata e dei cambiamenti operati sullo spettro per effetto della rottura di onde indotta da instabilità modulazionale. Individuazione degli effetti 3D sulla dinamica del processo di rottura, sui meccanismi di dissipazione e sull'intrappolamento dell'aria. • Sviluppo e verifica dei modelli di elica (Nakatake generalizzato), al fine di poter simulare manovre generiche fortemente non-stazionarie (es: zig-zag). • Validazione complessiva degli algoritmi AMR e Parallel Domain Decomposition. • Analisi della scalabilità del codice Xnavis su macchine parallele di grandi dimensioni con uso delle griglie mobili. • Verifica del solutore fluido-struttura accoppiato. • Soluzione del problema di ricostruzione del carico 2D. • Applicazione del caso 1D alla ricostruzione del carico sperimentale lungo una carena. • Identificazione corretta del danno sperimentale. • Progresso nella validazione di un modello di cavitazione innovativo basato su formulazione di tipo \"velocità di traspirazione\" e definizione dei limiti di applicabilità del modello in relazione all'impiego dello stesso in studi di analisi e progetto di sistemi propulsivi navali • La capacità di affrontare e risolvere con successo l'ottimizzazione di sistemi complessi (multidisciplinari e affetti da incertezza) è il principale obiettivo delle attività di ricerca. • L'incremento dell'efficienza algoritmica, con una riduzione degli oneri computazionali grazie allo sfruttamento di architetture di calcolo parallele, è un importante obiettivo, comune a tutte le attività descritte. (literal)
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