B010668 - COMPORTAMENTO MECCANICO DEI MATERIALI

italiano

- N.E.Dowling: Mechanical Behavior of Materials. Prentice Hall
- M.F.Ashby: Materials Selection in Mechanical Design (4ed). Butterworth-Heinemann
- G.E.Dieter: Mechanical Metallurgy. McGraw-Hill
- L.Vergani: Meccanica dei materiali. McGraw-Hill
- P.Davoli, A.Bernasconi, M.Filippini, S.Foletti: Comportamento meccanico dei materiali. McGraw-Hill

La progettazione di componenti affidabili, economici e sicuri dipende da una solida conoscenza dei diversi materiali tecnici e dalle loro risposte alle diverse condizioni di carico. La scelta dei materiali utilizzati influenza le prestazioni dei componenti ingegneristici. Il corso si propone di presentare agli studenti questi importanti aspetti della progettazione meccanica. (eliminato perché troppo lungo)
Nel corso vengono presentate le principali conoscenze relative al comportamento dei materiali, con particolare riferimento alle proprietà meccaniche. In particolare, nel corso vengono esposti i concetti fondamentali alla base dei metodi di selezione dei materiali, il comportamento ad alta temperatura dei materiali, il danneggiamento, il creep, la fatica a basso numero di cicli, la meccanica della frattura lineare ed elasto-plastica, l’avanzamento delle cricche per fatica. Le proprietà meccaniche e l'analisi microscopica saranno correlate quando possibile.

L’obiettivo del corso è quello di fornire agli studenti la capacità di identificare, formulare e risolvere i problemi relativi al comportamento meccanico dei materiali utilizzati nell’ingegneria. Inoltre, il corso si propone di fornire le conoscenze di base per la selezione dei materiali utilizzati nelle applicazioni meccaniche, al fine di garantire le migliori prestazioni.
Al termine di questo corso, gli studenti avranno sviluppato:
- Conoscenza dei più comuni meccanismi di collasso dei componenti meccanici e di come questi meccanismi sono collegati alle proprietà meccaniche dei materiali;
- capacità di selezionare il materiale ottimale per soddisfare i requisiti richiesti ad un componente;
- conoscenza e comprensione dei materiali e del loro comportamento nelle varie condizioni di carico riscontrate in progettazione. I metodi per caratterizzare il comportamento dei materiali (CC5).
Gli studenti dovranno dimostrare:
- La capacità di applicare la propria conoscenza e la propria comprensione per analizzare e ottimizzare apparati e sistemi meccanici, nonché di innovare i medesimi anche attraverso lo sviluppo ed il miglioramento dei metodi di progettazione, confrontandosi con continuità con la rapida evoluzione propria dell’ambito dell’ingegneria meccanica (CA2).
- La capacità adeguata di comprensione delle fonti in lingua inglese (CA12).

Conoscenza delle principali proprietà dei materiali.
Conoscenza del fenomeno della fatica in campo elastico.
Conoscenza dei metodi di dimensionamento di strutture e componenti soggetti a sollecitazioni statiche e di fatica.
Essere in possesso delle nozioni di base concernenti la meccanica applicata, la resistenza strutturale e le tecnologie di lavorazione dei materiali.

Lezioni ed esercitazioni in classe

Al termine del corso, gli studenti devono mostrare la capacità di selezionare, caratterizzare e comprendere il comportamento dei principali materiali utilizzati nell'ingegneria meccanica.
L'esame consiste in una prova orale individuale, con domande specifiche poste sotto forma di richieste teoriche o di esercizi.
Le domande sono selezionate al fine di accertare:
- un buon livello di acquisizione della competenza CC5 e della capacità CA2
- un livello sufficiente di raggiungimento della capacità di CA12.

- Selezione dei materiali nella progettazione meccanica.
Ruolo del materiale nella progettazione; classificazioni dei materiali ingegneristici; caratteristiche di leghe metalliche, ceramiche e polimeri; metodologie di selezione dei materiali; grafici delle proprietà dei materiali; indici di prestazione; selezione di materiale e forma; metodo della funzione penalità, metodi multiobiettivo.
- Comportamento a trazione dei materiali.
Prova di trazione; proprietà tensili e collegamenti con la microstruttura; efficace curva sforzo vero-deformazione vera; effetti della velocità di deformazione e della temperatura; fenomenologia del comportamento plastico monoassiale e sua modellazione; relazione Ramberg-Osgood.
- Creep.
Fondamenti delle strutture cristalline: fenomenologia del comportamento ad alta temperatura dei materiali; comportamento viscoplastico; prove di creep e curve relative; presentazione dei dati di creep; meccanismi di deformazione, creep diffusionale e dislocazionale; mappe dei meccanismi di deformazione; rilassamento; equazioni costitutive; modelli di viscoelasticità lineare; procedure di estrapolazione a tempi lunghi; parametri tempo-temperatura.
- Fatica a basso numero di cicli.
Approccio in deformazione; comportamento ciclico, relazioni di Manson-Coffin e di Basquin; approccio di Morrow; parametro di Smith-Watson-Topper; concentrazioni di tensioni e deformazioni, regola di Neuber, regola di Glinka, previsione di vita dei componenti intagliati.
Fatica oligociclica ad alta temperatura; effetto della frequenza di carico, interazioni con fenomeni di creep; metodi di previsione di vita, strain-range partitioning.
- Meccanica della frattura.
impostazione energetica; strain energy release rate; crescita stabile e instabile di un difetto; approccio di Irwin; fattori di intensità dello sforzo; zona plastica all’apice della cricca; stato di tensione piana e di deformazione piana; tenacità a frattura; effetto di temperatura, microstruttura e velocità di carico sulla tenacità a frattura; determinazione sperimentale della tenacità a frattura.
Meccanica della frattura elastica-plastica; apertura all’apice della cricca (CTOD); integrale J.
Propagazione delle cricche a fatica, legge di Paris, relazioni di Walker e di Forman; valutazione della vita con carichi ad ampiezza sia costante che variabile; limitazioni della meccanica della frattura lineare elastica; fenomeno del ritardo.
- Danneggiamento.
Applicabilità del concetto di danno; elemento di volume rappresentativo; tensione efficace; definizione di una variabile rappresentativa; misurazione del danno; cumulo lineare e non lineare; modelli di danno continuo per la previsione della vita a fatica; double linear damage rule.
- Cenni su di fretting e fretting-fatica