ITALIANO

L’insegnamento affronterà le principali tematiche relative al comportamento meccanico avanzato dei materiali e delle strutture, con particolare riferimento alla teoria dell’elasticità, ai materiali anisotropi e ai laminati, alla plasticità e alla reologia, ai fenomeni di intaglio, contatto, fatica e frattura, all’analisi di piastre e gusci e ai principali metodi di analisi probabilistica strutturale.

1. Machine Elements in Mechanical Design - Robert L. Mott
2. Machine Design: An Integrated Approach - Robert L. Norton
3. Elementary engineering fracture mechanics – Broek

Testi specifici per studenti stranieri/erasmus NO

Testi specifici per studenti non frequentanti NO

Gli obiettivi formativi sono declinabili attraverso i c.d. “descrittori di Dublino”:

Conoscenza e capacità di comprensione
Il corso si prefigge di far acquisire allo studente una solida preparazione in materia di comportamento meccanico avanzato dei materiali e delle strutture, ai fini dell’analisi, della verifica e della progettazione di componenti e sistemi meccanici caratterizzati da elevata complessità costruttiva e funzionale.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Lo studente deve essere in grado di rilevare i principali aspetti meccanici, costruttivi e funzionali che governano il comportamento di componenti e strutture meccaniche anche in condizioni complesse di esercizio. Deve altresì comprendere e applicare criteri e metodi di analisi e progettazione, anche di tipo avanzato, per il dimensionamento e la verifica di componenti ad elevata complessità, con riferimento ai fenomeni di plasticità, fatica, frattura, contatto e comportamento strutturale.

Autonomia di giudizio
Lo studente deve essere in grado di formulare un giudizio critico sui modelli di analisi e sulle soluzioni progettuali adottate per componenti e sistemi meccanici complessi. Deve altresì essere in grado di giudicare l’impatto delle scelte progettuali sul comportamento meccanico, sull’affidabilità, sulla sicurezza e sulla durabilità dei componenti e delle strutture.

Abilità comunicative
Lo studente deve essere in grado di illustrare fondamenti teorici e applicativi relativi al comportamento meccanico avanzato dei materiali e delle strutture, nonché ai metodi di verifica e progettazione di componenti meccanici complessi. Deve altresì argomentare i collegamenti logici tra diversi temi della materia, utilizzando un linguaggio tecnico proprio della materia.

Capacità di apprendimento
A conclusione del corso lo studente deve disporre di tutti gli strumenti utili per proseguire in modo autonomo, adottando un approccio critico, lo studio delle evoluzioni della materia, sia mediante continui aggiornamenti tecnici e normativi.

Non sono richiesti particolari prerequisiti, fermo restando il possesso delle conoscenze di base proprie del percorso formativo.

Lezioni frontali da 2h ciascuna sui diversi temi della materia accompagnate da esercitazioni in aula sull'applicazione delle conoscenze acquisite.

Viaggi di istruzione NO

Lavoro in gruppo di studio SI

La verifica dell'apprendimento prevede l'esame orale che verificherà le capacità di fare collegamenti critici, la capacità di sintesi e approfondimento, uso del lessico specialistico.

E’ consentito usare prontuari, testi o materiali didattici durante la prova? NO

E’ consentito l’uso di strumenti o materiale informatico (PC, tablet, etc.)? NO

La prova orale è articolata in tre quesiti, ciascuno concorrente fino a 10/30 alla determinazione del voto finale. Uno dei tre quesiti consiste nella discussione di un elaborato progettuale assegnato in aula dal docente e svolto in team, mentre i restanti due riguardano gli argomenti del corso. Il voto finale, espresso in trentesimi, è determinato dalla valutazione complessiva dei tre quesiti. La discussione dell’elaborato concorre fino a 10/30, mentre ciascun quesito orale concorre fino a 10/30.

Materiali di supporto online SI

Slides usate dal docente caricate su Teams dell’insegnamento SI

Attività di tutorato NO

Insegnamento mutuato NO

Programma dettagliato del corso
Il corso si articola nei seguenti argomenti:
1. Generalità sul comportamento dei materiali — 4 ore
Introduzione ai principali aspetti del comportamento meccanico dei materiali, con riferimento alle grandezze di interesse per l’analisi strutturale e la progettazione meccanica.
2. Stati di sollecitazione e modelli particolari — 4 ore
Richiami e approfondimenti sugli stati tensionali e sui principali modelli utili alla loro interpretazione nell’ambito della meccanica dei solidi.
3. Materiali compositi — 4 ore
Caratteristiche meccaniche, comportamento e principali criteri di analisi dei materiali compositi.
4. Elasticità, plasticità e creep — 4 ore
Analisi del comportamento dei materiali in campo elastico e plastico, con introduzione ai fenomeni viscosi e di creep.
5. Piastre, membrane e gusci — 6 ore
Comportamento strutturale di piastre, membrane e gusci, con riferimento ai principali modelli di analisi e alle applicazioni di interesse ingegneristico.
6. Criteri di resistenza — 2 ore
Principali criteri di resistenza per la verifica dei componenti soggetti a stati tensionali complessi.
7. Fatica — 10 ore
Fenomeni di fatica nei componenti meccanici, criteri di valutazione, influenza del carico medio e aspetti applicativi relativi alla verifica e al dimensionamento.
8. Dischi rotanti — 2 ore
Analisi delle sollecitazioni e dei criteri di verifica nei dischi rotanti.
9. Modelli ingegneristici — 2 ore
Introduzione ai principali modelli ingegneristici impiegati per l’analisi e la progettazione di componenti e strutture.
10. Principi di organi di collegamento — 2 ore
Richiami sui principali organi di collegamento e sui relativi criteri funzionali e di verifica.
11. Approcci alla progettazione — 2 ore
Metodi e impostazioni per la progettazione meccanica, con attenzione al collegamento tra modellazione, verifica e scelte progettuali.
12. Progetto di un serbatoio — 9 ore
Sviluppo di un caso progettuale guidato comprendente il dimensionamento statico, la verifica a fatica.
13. Meccanica della frattura — 8 ore
Fondamenti della meccanica della frattura, parametri caratteristici e criteri di analisi della propagazione di difetti e cricche.
14. Meccanica della frattura in campo elasto-plastico (EPFM) — 4 ore
Estensione dei metodi della meccanica della frattura al campo elasto-plastico e principali strumenti di analisi.
15. Esercitazioni su crack propagation — 4 ore
Esempi applicativi ed esercizi dedicati alla propagazione delle cricche e alla valutazione della vita residua.
16. Direttiva macchine — 5 ore
Inquadramento dei principali aspetti normativi e progettuali connessi alla Direttiva Macchine.
Totale ore: 72

Ci sono attività seminariali? SI
Attività sperimentali

Italian

The course will address the main topics related to the advanced mechanical behavior of materials and structures, with particular reference to elasticity theory, anisotropic materials and laminates, plasticity and rheology, notch, contact, fatigue, and fracture phenomena, the analysis of plates and shells, and the main methods of probabilistic structural analysis

1. Machine Elements in Mechanical Design - Robert L. Mott
2. Machine Design: An Integrated Approach - Robert L. Norton
3. Elementary engineering fracture mechanics – Broek

Books only for foreign/erasmus students NO

Books only for not attending students NO

The intended learning outcomes are described according to the so-called “Dublin descriptors”:

Knowledge and understanding
The course aims to provide students with a solid background in the advanced mechanical behavior of materials and structures, for the purposes of the analysis, verification, and design of mechanical components and systems characterized by high structural and functional complexity.

Applying knowledge and understanding
Students must be able to identify the main mechanical, structural, and functional issues governing the behavior of components and mechanical structures, including under complex operating conditions. They must also be able to understand and apply advanced analysis and design criteria and methods for the sizing and verification of highly complex components, with reference to plasticity, fatigue, fracture, contact, and structural behavior.

Making judgements
Students must be able to formulate a critical judgement on the analysis models and design solutions adopted for complex mechanical components and systems. They must also be able to assess the impact of design choices on the mechanical behavior, reliability, safety, and durability of components and structures.

Communication skills
Students must be able to illustrate the theoretical and applied foundations relating to the advanced mechanical behavior of materials and structures, as well as to the methods for the verification and design of complex mechanical components. They must also be able to discuss the logical connections among the different topics of the subject, using the technical language appropriate to the discipline.

Learning skills
At the end of the course, students must possess all the tools required to continue studying the developments in the subject independently and with a critical approach, including through ongoing technical and regulatory updates.

No specific prerequisites are required, apart from the basic knowledge provided within the degree programme.

Frontal lessons of 2 hours each on the different topics of the subject accompanied by exercises in the classroom on the application of the knowledge acquired.

Educational trips NO

Team study YES

The learning assessment includes an oral exam that will verify the ability to make critical connections, the ability to summarise and delve further, and the use of specialist vocabulary.

Is it permitted to use handbooks, texts or teaching materials during the test? NO

Is the use of computer tools or materials (PCs, tablets, etc.) permitted? NO

The oral examination consists of three questions, each contributing up to 10/30 to the final grade. One of the three questions consists of the discussion of a design project assigned in class by the lecturer and carried out in teams, while the remaining two concern the course topics. The final grade, expressed out of 30, is determined on the basis of the overall assessment of the three questions. The discussion of the project contributes up to 10/30, while each oral question contributes up to 10/30.

Support material online YES

Slides used by the teacher on Teams YES

Tutoring NO

Class replicated NO

Detailed course programme
The course is structured into the following topics:
1. General aspects of material behaviour — 4 hours
Introduction to the main aspects of the mechanical behaviour of materials, with reference to the quantities of interest for structural analysis and mechanical design.
2. Stress states and special models — 4 hours
Review and further development of stress states and of the main models useful for their interpretation within solid mechanics.
3. Composite materials — 4 hours
Mechanical properties, behaviour, and main analysis criteria for composite materials.
4. Elasticity, plasticity, and creep — 4 hours
Analysis of material behaviour in the elastic and plastic fields, with an introduction to viscous phenomena and creep.
5. Plates, membranes, and shells — 6 hours
Structural behaviour of plates, membranes, and shells, with reference to the main analysis models and to applications of engineering interest.
6. Strength criteria — 2 hours
Main strength criteria for the verification of components subjected to complex stress states.
7. Fatigue — 10 hours
Fatigue phenomena in mechanical components, assessment criteria, the influence of mean stress, and application aspects related to verification and sizing.
8. Rotating discs — 2 hours
Analysis of stresses and verification criteria in rotating discs.
9. Engineering models — 2 hours
Introduction to the main engineering models used for the analysis and design of components and structures.
10. Principles of connecting elements — 2 hours
Review of the main connecting elements and of their functional and verification criteria.
11. Design approaches — 2 hours
Methods and approaches to mechanical design, with attention to the relationship between modelling, verification, and design choices.
12. Pressure vessel design project — 9 hours
Development of a guided design case study including static sizing and fatigue verification.
13. Fracture mechanics — 8 hours
Fundamentals of fracture mechanics, characteristic parameters, and criteria for the analysis of defect and crack propagation.
14. Elastic-plastic fracture mechanics (EPFM) — 4 hours
Extension of fracture mechanics methods to the elastic-plastic field and the main analysis tools.
15. Exercises on crack propagation — 4 hours
Practical examples and exercises devoted to crack propagation and residual life assessment.
16. Machinery Directive — 5 hours
Overview of the main regulatory and design aspects related to the Machinery Directive.
Total hours: 72

Seminars YES
Experimental activities