Obiettivi formativi
Conoscenza e capacità di comprensione
La progettazione meccanica avanzata richiede conoscenze e capacità di comprensione dei problemi di deformabilità e resistenza dei materiali che vanno oltre la nozione di elasticità isotropa lineare e di resistenza statica o a fatica basata sulla conoscenza dello stato tensionale elastico, tipiche della progettazione meccanica classica. E questo anche in quanto i software CAE (Computer Aided Engineering) incorporano in un crescente numero di casi la simulazione strutturale agli elementi finiti anche in campo non-lineare elastico, rendendola disponibile a prezzi contenuti, ma richiedendo anche conoscenze e capacità di comprensione superiori al fine di un corretto utilizzo.
Lo studente perciò, alla fine del corso conoscerà le tipologie di comportamento meccanico e di cedimento dei materiali ed i relativi modelli matematici utili ai fini della progettazione/verifica di componenti e sistemi meccanici oltre il semplice comportamento elastico lineare elastico e basato sullo stato tensionale. Inoltre conoscerà i metodi di caratterizzazione sperimentale e di simulazione del comportamento meccanico non-lineare mediante il metodo degli elementi finiti.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Lo studente sarà in grado di identificare il modello matematico più appropriato per approssimare il legame sforzo-deformazione del materiale e la resistenza meccanica nella data condizione di servizio. Saprà quindi risolvere analiticamente e/o mediante simulazione agli elementi finiti problemi di deformazione e resistenza di componenti e sistemi meccanici oltre la semplice valutazione lineare elastica.
Prerequisiti
La conoscenza del metodo degli elementi finiti è utile anche se non obbligatoria.
Contenuti dell'insegnamento
I contenuti del corso riguardano i due aspetti fondamentali del comportamento meccanico dei materiali: i) il comportamento sforzo-deformazione (meccanica dei materiali); ii) il meccanismo di cedimento e quindi la resistenza del materiale (integrità strutturale). Ciascuno di questi aspetti sarà illustrato dal punto di vista fenomenologico (sperimentale) e della descrizione matematica (modellazione).
Per quanto riguarda il legame sforzo-deformazione, saranno illustrati i seguenti comportamenti:
- Comportamento elasto-plastico quasi-statico
- Comportamento elasto-plastico ciclico
- Comportamento elastico anisotropo (materiali compositi)
- Comportamento elastico in grandi deformazioni (materiali elastomerici)
- Comportamento viscoso (creep materiali metallici) e viscoelastico (materiali polimerici)
Per quanto riguarda meccanismi di cedimento e la resistenza, saranno illustrati i seguenti casi:
- Meccanismi e criteri di cedimento per materiali compositi
- Resistenza a fatica mediante approccio alle deformazioni
- Frattura fragile; effetto della plasticità in caso di materiale duttile
- Resistenza alla propagazione di difetti per fatica e previsione di vita residua
Per ciascuno degli argomenti saranno effettuate lezioni teoriche ed esercitazioni in aula. Inoltre si eseguirà in laboratorio una semplice applicazione del metodo degli elementi finiti con il software Abaqus (edizione studente)
Programma esteso
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Bibliografia
N.E. DOWLING: "Mechanical behaviour of materials", 4th Ed., Prentice-
Hall, 2012.
Appunti del docente per la parte sui materiali compositi
Metodi didattici
Lezioni ed esercitazioni in aula. Le lezioni si svolgono con l'ausilio della
proiezione di slides in PowerPoint. Le esercitazioni consistono nello
svolgimento di esempi numerici su argomenti trattati durante le lezioni. Laboratorio di applicazione del metodo degli elementi finiti a problemi di comportamento meccanico dei materiali usando Abaqus (edizione studente)
Modalità verifica apprendimento
L’esame è costituito da una prova scritta e dalla presentazione e discussione orale di problemi di comportamento meccanico assegnati all'inizio del corso, risolti mediante simulazione ad elementi finiti col software Abaqus (edizione studente). La prova scritta è composta da tre quesiti, consistenti in domande a risposta aperta o esercizi sugli argomenti del corso. Il voto massimo è 30/30. La discussione orale dei problemi assegnati all'inizio del corso permette un aumento del punteggio dello scritto fino a tre punti, in base alla correttezza metodologica,
all'originalità dei contenuti, alla chiarezza di esposizione.
Altre informazioni
Si consiglia vivamente la frequenza delle lezioni frontali.
Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
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