PRESENTAZIONE

I materiali intelligenti sono materiali che possono cambiare alcune delle loro caratteristiche se sottoposti ad uno stimolo esterno. Per questo motivo sono largamente utilizzati per lo sviluppo sia di sensori sia di attuatori.

Tuttavia, quando questi materiali sono integrati in un sistema, è possibile realizzare un dispositivo accoppiato (struttura+materiale), detto smart, dotato di caratteristiche e funzioni avanzate. Controllando le proprietà di sensing e attuazione dei materiali intelligenti è possibile, infatti, progettare sistemi in grado di percepire eventuali cambiamenti (del sistema stesso, dell’ambiente in cui si trova o delle condizioni operative) e di applicare contromisure per garantire il proprio corretto funzionamento.

Il corso si propone di rendere lo studente capace di concepire sistemi e strutture intelligenti dotate di proprietà avanzate, come ad esempio adattabilità, efficienza energetica, auto-monitoraggio ed energy harvesting, attraverso lo studio delle caratteristiche di questi materiali e del comportamento del sistema accoppiato struttura-materiale intelligente.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Gli studenti impareranno come modellare i trasduttori basati su materiali intelligenti (ad es. leghe a memoria di forma, piezoelettrici, elettromagnetici) e la loro interazione con la struttura in cui sono integrati. Impareranno come modellare, caratterizzare e testare sperimentalmente i sistemi accoppiati. Conosceranno le peculiarità dei materiali, le loro principali caratteristiche di rilevamento/attuazione ed il loro utilizzo nelle applicazioni pratiche. Inoltre, saranno consapevoli del loro possibile uso avanzato nei sistemi meccanici in cui le proprietà del materiale sono sfruttate nel contesto dell'interazione multi-dominio con la struttura ospitante (ad esempio, attenuazione delle vibrazioni, monitoraggio, energy harvesting, adattabilità).

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Il corso fornisce le basi per lo sviluppo di modelli integrati di sistemi accoppiati costituiti da una struttura e dai più comuni materiali intelligenti. Partendo dalle caratteristiche generali di misura ed attuazione, il corso approfondisce come l'interazione tra diversi domini (ad esempio, meccanico, elettrico, magnetico) possa consentire lo sviluppo di sistemi dotati di caratteristiche e funzioni avanzate.

Verranno forniti i concetti di base necessari per la caratterizzazione sperimentale dei sistemi.

Gli studenti impareranno come modellare i trasduttori e la loro interazione con la struttura ospitante. Conosceranno le peculiarità dei materiali, le loro principali caratteristiche di misura/attuazione e il loro utilizzo nelle applicazioni pratiche. Inoltre, saranno consapevoli del loro possibile uso avanzato in sistemi meccanici in cui le proprietà del materiale sono sfruttate nel contesto dell'interazione multi-dominio con la struttura ospitante.

MODALITA' DIDATTICHE

Lezioni frontali ed esperienze di laboratorio. Il laboratorio sarà correlato a un progetto sperimentale in cui gli studenti utilizzeranno uno dei trasduttori studiati nel corso e svilupperanno un'applicazione specifica, relativa, ad esempio, alla misura, all’attuazione, allo smorzamento delle vibrazioni, al monitoraggio o all’energy harvesting. Attraverso le attività di laboratorio e lo sviluppo del progetto gli studenti acquisiranno anche capacità critiche e di giudizio in merito alla selezione del sistema e del materiale intelligente più adeguati dato l’obiettivo specifico del progetto, alla definizione e progettazione del sistema intelligente, alla selezione degli attuatori/sensori per l'esecuzione delle prove sperimentali richieste, alla scelta e all’applicazione delle opportune procedure sperimentali finalizzate a valutare l'efficacia del sistema. Inoltre, gli studenti acquisiranno la capacità di pianificare autonomamente attività, progettare esperimenti e lavorare in gruppo.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Introduzione al corso e richiami

Definizione di sistema intelligente, descrizione generale delle peculiarità dei materiali intelligenti e delle funzionalità avanzate che una loro integrazione in fase di progetto può apportare al sistema. L'importanza dello sviluppo di modelli accoppiati per la corretta progettazione del sistema.

Basi di analisi dei segnali e di caratterizzazione sperimentale dei sistemi dinamici. Richiami di modellazione dinamica ed approccio modale.

Sistemi smart

• Sistemi Elettromagnetici: trasduttori moving coil
  • misura, attuazione, sistema accoppiato ed applicazioni (es.,isolatori elettrodinamici)

• Sistemi Piezoelettrici
  • misura, attuazione, sistema accoppiato ed applicazioni (es., smorzamento delle vibrazioni, energy harvesting, monitoraggio)

• Sistemi Magnetostrittivi
  • misura, attuazione, sistema accoppiato ed applicazioni (es., attenuazione delle vibrazioni, microposizionamento)

• Altri sistemi: basi
  • Leghe a memoria di forma (SMA): applicazioni (es., smorzatori adattativi, attuatori in morphing structures e dispositivi/robot soft)
  • Magnetoreologici: applicazioni (es., sospensioni semi-attive)
  • Fibre ottiche: applicazioni (es., monitoraggio)

TESTI/BIBLIOGRAFIA

• A. Preumont, “Vibration Control of Active Structures: an introduction”, Springer Dordrecht 2011
• Dimitris C. Lagoudas, “Shape Memory Alloys: Modeling and Engineering Applications”, Springer New York, NY, 2008
• Anders Brandt, “Noise and Vibration Analysis: Signal Analysis and Experimental Procedures”, John Wiley & Sons, 2011

DOCENTI E COMMISSIONI

Commissione d'esame

MARTA BERARDENGO (Presidente)

FLAVIA LIBONATI

FRANCESCO CRENNA (Presidente Supplente)

LEZIONI

Orari delle lezioni

L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

L’esame consta di una prova scritta e di una prova orale in cui viene discusso un progetto di gruppo sviluppato durante il corso.

Si consiglia agli studenti con certificazione di DSA, di disabilità o di altri bisogni educativi speciali di contattare il docente all’inizio delle lezioni per concordare modalità didattiche e d’esame che, nel rispetto degli obiettivi dell’insegnamento, tengano conto delle modalità di apprendimento individuali.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

La prova scritta ha lo scopo di verificare che lo studente abbia raggiunto un’adeguata conoscenza delle peculiarità dei materiali intelligenti trattati durante il corso e delle loro possibili applicazioni in ambito ingegneristico.
Il progetto, discusso in sede di colloquio, permette di accertare la capacità dello studente di applicare le conoscenze acquisite durante il corso, la sua capacità di giudizio critico ed indipendente dei dati e dei risultati ottenuti durante lo sviluppo del progetto ed infine l’abilità di presentare in maniera adeguata l’attività svolta.

Calendario appelli