OBIETTIVI FORMATIVI

L’ingegneria moderna è caratterizzata dall’uso di diverse classi di materiali e dalla progettazione di nuovi materiali avanzati, grazie anche all’utilizzo di recenti tecnologie di produzione (e.g. additive manufacturing). Per ottimizzare il design dei componenti ed evitare cedimenti imprevisti è necessaria una una selezione attenta ed una comprensione chiara del comportamento meccanico. Questo corso si propone di fornire gli elementi necessari per la progettazione con diverse classi di materiali e per il design di nuovi materiali, anche a partire da modelli esistenti in natura. Alcune classi di materiali saranno studiate considerandone le peculiarità in termini di comportamento meccanico, valutazione della vita in condizioni di sforzo complesse (e.g. fatica multiassiale) o di difetti. Saranno studiati, da un punto di vista analitico e numerico, materiali compositi di origine naturale (e.g. osso, legno), materiali biomimetici (ispirati a materiali naturali) e materiali multifunzionali, per svariate applicazioni, dall’ambito biomedicale ai settori di soft robotics e automotive/aerospace." Questo insegnamento si colloca nell'area tematica degli insegnamenti di Analisi e prevenzione dei cedimenti e di Metallurgia meccanica, ora dismessi, con un taglio più progettuale.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Il corso si propone di:

• Fornire, attraverso basi teoriche e project-based learning, la conoscenza di diverse classi di materiali strutturali avanzati alternativi a quelli convenzionali
• Fornire elementi di base per la scelta di materiali strutturali alternativi in base all’applicazione
• Fornire i criteri di progettazione di nuovi materiali in base all’applicazione
• Descrivere i modelli di comportamento meccanico tipici delle varie classi di materiali in esame, con particolar attenzione al danneggiamento
• Mostrare esempi di applicazioni e relativi modelli
• Illustrare alcuni modelli numerici per alcuni materiali di particolare interesse applicativo ingegneristico

PREREQUISITI

Meccanica dei solidi e delle strutture (stato di tensione e stato di deformazione, equazioni costitutive elastiche, analisi cinematica, analisi statica di sistemi di travi, casi di De Saint Venant, criteri di resistenza statica).

MODALITA' DIDATTICHE

Il corso è composto da lezioni teoriche ed esercitazioni numeriche, equamente suddivise. Le esercitazioni applicative saranno svolte in laboratorio.

PROGRAMMA/CONTENUTO

• Introduzione al corso. Generalità sulle motivazioni per la progettazione e la scelta di materiali avanzati alternativi ai materiali convenzionali. I diagrammi di Ashby dei materiali.
• Meccanica della frattura (Introduzione, Teoria di Griffith, fattore di intensificazione delle tensioni. Calcolo del fattore di forma. Stato di deformazione all’apice del difetto, raggio plastico. calcolo del raggio plastico, validità della MFLE. Tenacità alla frattura, prove sperimentali secondo normativa. Caratterizzazione dei difetti. Calcolo di progetto e verifica statica. Piano di controllo a frattura e snervamento).
• Propagazione del difetto. Legge di Paris, di Broek, Walker, Forman. Effetto della tensione media. Effetto del ritardo. Calcolo della propagazione del difetto con carichi random.
• Fatica. (Problematiche della fatica. Fatica ad alto numero di cicli, Fatica multiassiale. Danneggiamento cumulativo. Comportamento a fatica di diverse classi di materiali).
• Comportamento meccanico di materiali avanzati
  • Materiali Compositi
  • Cenni a materiali plastici
  • Cenni a materiali cellulari
  • Materiali Biomimetici (Casi studio: e.g. osso, legno, madreperla)
  • Materiali multifunzionali (Casi studio: funzionalità self-sensing, self-healing)
  • Implementazione in codici FEM

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Testi Consigliati

• Dispense e video tutorials forniti dal docente (fornite su AulaWeb).
• Le slide saranno fornite agli studenti insieme a materiale testuale ed altri complementi (su AulaWeb). I testi suggeriti saranno inoltre fondamentali per la formazione.

Testi di Consultazione

• Lorna J. Gibson, Michael F. Ashby. Cellular Solids: Structure and Properties. Cambridge University Press, 1999
• N. E. Dowling, Mechanical Behavior of Materials, Editore: Prentice Hall, Anno edizione: 2013
• L. Vergani, Meccanica dei Materiali, Editore: McGraw-Hill, Anno edizione: 2001
• Fred Nilsson, Fracture mechanics — from theory to applications, KTH Hållfasthetslära (Solid Mechanics), ISBN 91-972860-3-6. 2001
• Zenkert, D., Introduction to Sandwich Structures, 1995 – Student Edition
• Buehler, M.J., Atomistic Modeling of Materials and Failure, Springer-Verlag US 2008