Magistrale

 

Insegnamenti previsti dal Corso di Studio

IN/0227 - MECCANICA DEI MATERIALI

Anno Accademico ​2019/2020

Docente
FRANCESCO ​AYMERICH (Tit.)
Periodo
Primo Semestre ​
Modalità d'Erogazione
Convenzionale ​
Lingua Insegnamento
ITALIANO ​


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Informazioni aggiuntive

CorsoPercorsoCFUDurata(h)
[70/85] ​ ​INGEGNERIA MECCANICA [85/00 - Ord. 2019] ​ ​PERCORSO COMUNE660
Obiettivi

In accordo agli obiettivi formativi del Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica, gli obiettivi dell'insegnamento sono quelli di fornire allo studente una base sistematica per la previsione della deformabilità e resistenza di elementi meccanici in materiale metallico soggetti a carichi statici e di fatica. Partendo dalla descrizione fenomenologica del comportamento meccanico dei materiali in campo lineare e non lineare, vengono illustrati e discussi vari metodi di analisi per strutture semplici mono- e bi-dimensionali.

Gli obiettivi formativi del corso sono i seguenti:

i.Conoscenza e capacità di comprensione.
- Acquisizione di conoscenze sui fondamenti teorici del comportamento meccanico dei materiali metallici per uso strutturale e sulla loro caratterizzazione sperimentale sotto sollecitazioni semplici.
- Acquisizione di conoscenze fondamentali sui procedimenti per la previsione dello stato di sforzo, della deformabilità e della resistenza di elementi meccanici mono e bi-dimensionali sottoposti a carichi di tipo statico o variazioni termiche.
- Acquisizione delle conoscenze e della capacità di comprensione dei fondamenti per la previsione della resistenza di componenti e strutture in materiale metallico in presenza di difetti e cricche mediante i procedimenti della meccanica della frattura lineare elastica.
- Acquisizione delle conoscenze di base per la previsione della crescita di difetti in presenza di carichi di fatica.

ii.Capacità di applicare conoscenza e comprensione.
Lo studente avrà acquisito conoscenze che gli consentiranno di identificare ed analizzare criticamente le relazioni tra le proprietà costitutive del materiale ed il comportamento strutturale del componente meccanico. Avrà inoltre acquisito la capacità di analizzare lo stato deformativo e tensionale di strutture meccaniche per la previsione della resistenza. Lo studente sarà inoltre in grado di applicare i procedimenti della meccanica della frattura per valutare la tolleranza al danno di una struttura e per stimare la crescita di un difetto in presenza di carichi variabili nel tempo e la conseguente resistenza a fatica.

iii.Autonomia di giudizio
Lo studente avrà acquisito la capacità di individuare e proporre appropriate procedure per la caratterizzazione della risposta meccanica di materiali metallici. Saprà inoltre operare una corretta scelta dei materiali, attraverso l’identificazione delle proprietà meccaniche più significative, e valutare le proprietà deformative, di resistenza e di tolleranza alla presenza di un difetto, di componenti meccanici per una assegnata applicazione strutturale.

iv.Abilità comunicative.
Lo studente avrà sviluppato la capacità di comunicare ad interlocutori specialisti e non specialisti requisiti e prestazioni associati a specifiche proprietà meccaniche di materiali metallici; saprà inoltre illustrare le metodologie sperimentali richieste per la loro caratterizzazione e discutere possibili approcci progettuali per un loro impiego strutturale in componenti meccanici.

v.Capacità di apprendimento.
Lo studente sarà in grado di affrontare con un elevato grado di autonomia aspetti originali ed innovativi legati alla caratterizzazione, alla scelta ed all'utilizzo di materiali metallici per la progettazione, verifica e realizzazione di componenti strutturali soggetti a carichi statici e di fatica.

Prerequisiti

Conoscenza degli elementi di base riguardanti: calcolo vettoriale, integrale e differenziale; definizione degli stati di sforzo e di deformazione in un materiale; metodi per il calcolo di azioni interne, sforzi e spostamenti (Principio dei lavori virtuali) in strutture o componenti monodimensionali.

Contenuti

1. Elementi di meccanica dei solidi.
Tensori di sforzo e di deformazione. Condizioni di continuità e congruenza.
(2h lezione)

2. Caratterizzazione di materiali in campo nonlineare.
Prove meccaniche di flessione e di torsione
(3h lezione)

3. Esercitazione di laboratorio.
Prove strumentate di caratterizzazione di un materiale (trazione/flessione).
(2h esercitazione)

4. Condizioni di simmetria nell'analisi di strutture
Calcolo di spostamenti e reazioni iperstatiche in strutture mono e bidimensionali. (1h lezione; 1h esercitazione)
Vincoli elastici e cedevoli. (2h lezione; 2h esercitazione)
Effetto della temperatura. (1h lezione; 1h esercitazione)
Strutture ad asse circolare. (2h lezione; 2h esercitazione)
Condizioni di simmetria ed antisimmetria di strutture e carichi (3h lezione; 4h esercitazione)

5. Problemi elastici monodimensionali.
Flessione di travi a forte curvatura: asse neutro e distribuzione degli sforzi nella sezione.
Sezioni a parete sottile: sforzi di taglio e posizione del centro di taglio.
(4h lezione; 3h esercitazione)

6. Teoria della torsione elastica
Torsione elastica in sezioni non circolari. Funzione di sforzo di Prandtl. Torsione in travi a sezione rettangolari e composta a parete sottile. Torsione in sezioni chiuse a parete sottile.
(4h lezione; 3h esercitazione)

7. Strutture in campo elastico-perfettamente plastico.
Travi inflesse: deflessioni e sforzi sotto carico e residui. Cenni sulla torsione di sezioni circolari in campo plastico.
(3h lezione; 2h esercitazione)

8. Meccanica della frattura.
Fattori di intensificazione degli sforzi. Tenacità a frattura. Zona plastica. Condizioni di applicabilità della meccanica della frattura lineare elastica. Propagazione di una cricca a fatica. Leggi di Paris, Walker, Forman e Nasgro. Approccio alla progettazione in termini di tolleranza al danno. Utilizzo di codici di calcolo per la previsione della vita a fatica.
(9h lezione; 6h esercitazione)

Metodi Didattici

Il corso è costituito da una serie di lezioni frontali (35h) immediatamente seguite da esempi numerici ed esercitazioni (25h) per l'applicazione e verifica diretta da parte degli studenti delle nozioni teoriche e delle procedure di calcolo illustrate a lezione. Su argomenti riguardanti la caratterizzazione delle proprietà meccaniche dei materiali e la stima della vita a fatica con procedimenti di meccanica della frattura vengono assegnate due specifiche esercitazioni, per le quali viene richiesta la redazione di relazioni scritte da parte dello studente. Sono inoltre previste esercitazioni specifiche di preparazione alle prove scritte.
Esercizi svolti o con traccia di soluzione sono disponibili alla pagina web:
http://people.unica.it/francescoaymerich/materiale-didattico/meccanica-dei-materiali/

Verifica dell'apprendimento

L’esame finale consiste in una prova scritta seguita da una prova orale volte a valutare la comprensione dei concetti di base del comportamento meccanico dei materiali metallici e della loro applicazione per la progettazione o verifica di elementi strutturali. Per essere ammessi alla prova orale e' necessario il superamento con esito positivo della prova scritta e la redazione di due relazioni assegnate durante il corso. Il voto finale viene ottenuto come media pesata del voto attribuito alla prova scritta (50%), alla prova orale (40%) ed alle relazioni (10%).
La prova scritta puo' essere sostituita, su richiesta degli studenti frequentanti, da due verifiche scritte (prove scritte intermedie) che riguardano rispettivamente gli argomenti illustrati nella prima e nella seconda parte del corso.

La conoscenza dei seguenti argomenti è ritenuta essenziale per una valutazione positiva nelle prove scritta ed orale:
- Tensori di sforzo e deformazione
- Principio di lavori virtuali
- Condizioni di simmetria ed antisimmetria nell'analisi di strutture
- Calcolo e tracciamento delle azioni interne e calcolo di spostamenti in strutture mono e bidimensionali
- Flessione di travi a forte curvatura.
- Taglio e torsione in travi a parete sottile.
- Flessione in campo elasto-plastico.
- Meccanica della frattura lineare elastica: condizione critiche per la propagazione di una cricca e crescita della cricca a fatica.

La valutazione della prova scritta terrà conto dei seguenti aspetti: adeguatezza delle ipotesi ed assunzioni di base; correttezza della procedura di risoluzione; accuratezza nello svolgimento dei calcoli.

La valutazione delle relazioni terrà conto dei seguenti aspetti: adeguatezza delle ipotesi ed assunzioni di base; correttezza della procedura di risoluzione; accuratezza nello svolgimento dei calcoli; chiarezza nella descrizione del problema e della procedura di risoluzione e nella illustrazione, presentazione e discussione dei risultati; utilizzo di un linguaggio adeguato.

La valutazione della prova orale terrà conto dei seguenti aspetti: capacità di analisi e discussione del problema; correttezza e completezza delle risposte; chiarezza nell'esposizione.

Testi

Testo di riferimento
Giulio Belloni, Antonietta Lo Conte
Costruzioni di macchine. Resistenza dei materiali e sicurezza, Hoepli

Testo consigliato per gli argomenti di Meccanica della Frattura
Laura Vergani
Meccanica dei Materiali, McGraw Hill

Altre Informazioni

Informazioni aggiornate sul corso e materiale a supporto della didattica (trattazioni teoriche per argomenti specifici, esercizi svolti e testi di precedenti prove d'esame scritte) sono disponibili alla pagina web:
http://people.unica.it/francescoaymerich/materiale-didattico/meccanica-dei-materiali/

 

Obiettivi di Apprendimento – Percorso 2020-2021

 

 

 

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