Study and mathematical modeling of the diamond wire cutting methodology. Analytical formulation, simulations and experimental validation of an innovative steel sawing model for bespoke applications in dry cutting conditions

This dissertation explores the complex physical phenomena related to diamond wire cutting operations. Nowadays, decommissioning operations management requires tailored cutting procedures able to deal with the complexity of unconventional industrial structures. Diamond wire cutting methodology represents the leading technology within the peculiar market of special demolition. However, the potential of such a technology is still unexplored due to a lack of suitable theoretical investigation. Furthermore, the production of metal sparks within risky environments limits the diffusion of such a technology due to high probability of development of ignition processes. A thorough literature review reveals that the physical description of wire sawing operations has been neglected by researchers. Thus the present work aims to physically describe in details the cutting mechanism involved during wire sawing procedures, with particular focus on thermal phenomena and post-cutting chemical ignition processes. The physical exploration develops by following both analytical and experimental investigation strategies, which converge to define the innovative Multiple Sawing Layer (MSL) model. The MSL results are used to identify the limits of diamond wire technology. The definition of such technological boundaries allows to adapt market development strategies on the basis of consistent physical findings.

Questa tesi esplora i complessi fenomeni fisici legati alle operazioni di taglio a filo diamantato. Al giorno d'oggi, la gestione delle operazioni di smantellamento di complesse strutture industriali non convenzionali richiede adeguate procedure di taglio. La metodologia di taglio al filo diamantato rappresenta la tecnologia leader nel peculiare mercato della demolizione speciale. Tuttavia, il potenziale di tale tecnologia è ancora inesplorato a causa della mancanza di opportuni studi teorici. Inoltre, la produzione di scintille metalliche all'interno di ambienti rischiosi limita la diffusione di tale tecnologia a causa della elevata probabilità di sviluppo di processi di ignizione. Un esame approfondito della letteratura rivela che la descrizione fisica delle operazioni di taglio a filo è stata trascurata dai ricercatori. Così il presente lavoro si propone di descrivere opportunamente il processo di taglio a filo diamantato, con particolare attenzione ai fenomeni termici e processi chimici di ignizione post taglio. L’indagine fisica si sviluppa seguendo strategie di investigazione sia analitiche che sperimentali, le quali convergono per definire il modello innovativo del Multiple Sawing Layer (MSL). I risultati del modello MSL sono utilizzati per identificare i limiti della tecnologia a filo diamantato. La definizione di tali confini tecnologici permette di adattare le strategie di sviluppo di mercato sulla base di consistenti riscontri fisici.