Obiettivi Formativi

Il corso si propone di: OF_1(Conoscenza e comprensione) - Fornire la capacità di progettare esperimenti di elevata complessità e di raccogliere e interpretare i dati, attraverso alcune esercitazioni pratiche di laboratorio, durante le quali viene mostrato agli studenti come applicare procedure di controllo non distruttivo, di failure analysis e di come effettuare delle prove meccaniche su componenti utilizzati appositamente a scopo didattico. Lo studente avrà anche la capacità di scegliere il metodo sperimentale più appropriato a supporto e a validazione di un modello agli elementi finiti (FEM) in un iter di progettazione meccanica. OF_2 (Capacità di applicare conoscenza e comprensione) - Fornire conoscenze sull'utilizzo dei codici di calcolo numerico al fine di dare una robusta preparazione propedeutica all'impiego del metodo agli elementi finiti (FEM) a supporto della progettazione meccanica. OF_3 (Autonomia di giudizio) - Fornire capacità di apprendimento necessarie per intraprendere attività di ricerca con un alto grado di autonomia mediante alcune esercitazioni in aula sull'utilizzo di software specifici per l'applicazione del metodo FE e mediante l'utilizzo di attrezzature sperimentali convenzionali ed innovative presentate durante il corso. OF_4 (Abilità comunicative) - Fornire la capacità di comunicare gli esiti del proprio lavoro attraverso l’utilizzo di un linguaggio tecnico appropriato nonché in forma sintetica ed esaustiva, attraverso la stesura e la discussione di un elaborato riguardante l’applicazione del metodo FE per l’analisi strutturale di un componente meccanico. Vengono fornite le competenze per interpretare correttamente ed in modo critico i risultati. OF_5 (Capacità di apprendimento) - L’attività ha l’obiettivo di permettere allo studente di formare una mentalità flessibile e una robusta metodologia di lavoro.

Metodi didattici

Il corso si sviluppa attraverso lezioni frontali, esercitazioni in aula al notebook, nonché applicazioni degli argomenti teorici con prove sperimentali in laboratorio.

Prerequisiti

Conoscenze di base della teoria dell'elasticità; abilità nella soluzione analitica di strutture semplici soggette a differenti sollecitazioni.

Verifiche dell'apprendimento

Esame orale sugli argomenti trattati nel corso. La verifica dell’apprendimento relativo alla parte sperimentale trattata durante il corso ha lo scopo di valutare che lo studente utilizzi un corretto approccio metodologico ed una corretta progettazione della campagna sperimentale, sulla base della problematica da affrontare. La parte dell’esame relativa agli argomenti di carattere sperimentale ha un peso pari al 50% sulla valutazione complessiva. Inoltre, all’esame è prevista una discussione su un'esercitazione FEM - presentata tramite power point ed, eventualmente una relazione tecnica allegata non obbligatoria in formato word, sviluppata durante lo svolgimento delle lezioni e sottoposta a revisioni periodiche concordate con il docente - al fine di verificare le conoscenze acquisite sul metodo e la capacità di analizzare in maniera critica i risultati ottenuti, anche con l’utilizzo di termini tecnici appropriati. La presentazione ha un peso pari al 50% sulla valutazione complessiva. Per gli studenti non frequentanti, oltre alla parte dell’esame relativa agli argomenti di carattere sperimentale, è prevista una prova scritta che consiste in un esercizio al computer sull’applicazione del metodo FE per l’analisi strutturale di un pezzo meccanico. La suddetta prova scritta ha un peso pari al 50% sulla valutazione complessiva.

Programma del Corso

1. Metodo degli elementi finiti Introduzione al metodo degli elementi finiti. Analisi agli elementi finiti implicita ed esplicita. Funzioni di forma. Leggi costitutive dei materiali. Analisi statica lineare mediante il metodo degli elementi finiti. Metodi di Ritz-Rayleigh e di Galerkin. Analisi statica non lineare mediante il metodo degli elementi finiti. Fase di pre-processing: definizione del problema, definizione degli elementi per la discretizzazione, metodologie e problematiche legate alla fase di discretizzazione, applicazione condizioni al contorno: carichi e vincoli. Elementi monodimensionali, bidimensionali, solidi tetraedri ed esaedri. Criteri di discretizzazione. Modellazione dei collegamenti saldati e incollati. Soluzione del problema: tipo di analisi e relative opzioni. Fase di post-processing: visualizzazione e interpretazione dei risultati, analisi della deformata, campi di tensione e deformazione. Gestione e analisi dei risultati. Esercitazioni sull’utilizzo di codici commerciali FEM per lo studio di: un componente meccanico soggetto a trazione e flessione; un albero con intaglio soggetto torsione; strutture in materiale composito. 2. Tecniche sperimentali per l’analisi delle sollecitazioni e la failure analysis Tecniche sperimentali per lo sviluppo di procedure di failure analysis. Introduzione alla Termografia IR e principi base. La Termografia attiva per la valutazione dei meccanismi di collasso e danneggiamento nei componenti meccanici. Introduzione alla Tomografia a raggi X e principi base. Tecniche radiogene (Industrial XCT, Industrial Digital Radioscopy; XRD per il calcolo delle tensioni residue). Applicazioni dell’Industrial XCT e Industrial Digital Radioscopy per la valutazione del danneggiamento meccanico e l’identificazione di cricche in componenti strutturali. Esercitazione in laboratorio: Sull’applicazione della termografia pulsata per l’analisi del danneggiamento di laminati compositi soggetti ad impatto. Sull’utilizzo di macchine radiogene (tomografia e radioscopia) per lanalisi del danneggiamento meccanico di strutture light-weight.