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Devis BELLUCCI
Ricercatore t.d. art. 24 c. 3 lett. B
Dipartimento di Ingegneria "Enzo Ferrari"
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Insegnamento: Composite Materials and Fibres Engineering
Sustainable industrial engineering (Offerta formativa 2023)
Obiettivi formativi
II corso si propone di fornire i concetti fondamentali relativi ai materiali compositi particellari e fibrosi e al calcolo delle proprietà attraverso approcci micromeccanico e macromeccanico.
Al termine del corso lo studente sarà in grado di:
- Conoscere le principali proprietà di matrici e rinforzi.
- Comprendere le relazioni tra le proprietà di matrice, rinforzo, frazione volumetrica e le risultanti proprietà della lamina.
- Prevedere il comportamento di un laminato composito a partire dalle singole lamine.
- Conoscere e applicare i criteri di resistenza.
- Risolvere problemi numerici finalizzati alla progettazione di manufatti in composito.
Per una più completa comprensione degli obiettivi formativi, si rimanda alla lettura dei risultati di apprendimento attesi a seguito dello svolgimento del presente percorso formativo.
Prerequisiti
Conoscenze relative ai fondamenti della scienza e ingegneria dei materiali, con particolare riferimento a:
- struttura della materia: stato amorfo e cristallino;
- microstruttura dei materiali;
- deformazioni elastiche e plastiche;
- proprietà meccaniche delle 3 classi di materiali (polimeri, ceramici, metalli).
Programma del corso
1 CFU (9 ore) - Definizione di materiale composito. Caratteristiche e campi d'applicazione. Panoramica sulle varie tipologie di matrice e rinforzi. Fibre naturali e matrici biodegradabili.
1 CFU (9 ore) - Interazione matrice-rinforzi. Frazione di volume occupato dal rinforzo. Meccanismi di trasferimento degli sforzi (modelli di Cox e Kelly-Tyson).
1 CFU (9 ore) - Previsione delle proprietà di compositi a fibre lunghe. Introduzione alla micromeccanica. Regola delle miscele, regola delle miscele inversa, equazioni di Halpin-Tsai. Previsione della resistenza e delle proprietà a rottura di un composito a fibre lunghe.
1 CFU (9 ore) - Previsione delle proprietà di compositi a fibre corte. Lunghezza critica. Previsione dei moduli elastici: equazioni di Halpin Tsai. Previsione della resistenza e delle proprietà a rottura di un composito a fibre corte.
1 CFU (9 ore) - Previsione delle proprietà di laminati. La lamina unidirezionale. I laminati. Criteri di cedimento per una lamina ortotropa: teoria del massimo sforzo, teoria della massima deformazione, teoria del massimo lavoro. Teoria della laminazione. Cenni sui processi di fabbricazione.
1 CFU (9 ore) - Progettazione di materiali compositi (con esercizi numerici).
Metodi didattici
L'insegnamento si svolge con le modalità di seguito riportate:
- Lezioni frontali (circa 45 ore).
- Esercitazioni finalizzate alla progettazione dei materiali compositi (circa 9 ore).
Le lezioni verranno erogate in presenza. Se necessaria, l’eventuale erogazione a distanza delle attività formative (lezioni ed esercitazioni) sarà garantita in modalità sincrona in diretta streaming (ad esempio, su piattaforma Microsoft Teams).
Il corso è erogato in lingua inglese.
La frequenza non è obbligatoria, ma fortemente consigliata.
Testi di riferimento
[1] E. J. Barbero, Introduction to Composite Materials Design, Third Edition, CRC Press (2018).
[2] P. K. Mallick, Fiber-Reinforced Composites: Materials, Manufacturing, and Design, Third Edition, CRC Press (2008).
[3] I. Crivelli Visconti, G. Caprino, A. Langella, Materiali Compositi, Hoepli (2009).
[4] A. K. Kaw, Mechanics of Composite Materials, Second Edition, CRC Press (2006).
Verifica dell'apprendimento
L'accertamento del profitto (esame) viene svolto con modalità e criteri di seguito riportati.
- Svolgimento di una prova scritta finale (1 ora e 40 minuti) in cui si valutano i risultati di apprendimento complessivamente acquisiti dallo studente.
- La prova scritta è costituita da esercizi numerici (2, ciascuno suddiviso in più parti) e domande a risposta aperta (4).
- Colloquio orale (circa 15 minuti).
- Nell’attribuzione del punteggio finale viene valutato in maniera preponderante il livello delle conoscenze teoriche acquisite e della capacità di applicare le conoscenze acquisite. Viene inoltre tenuto in considerazione il livello di autonomia di giudizio e di abilità comunicative. In particolare, gli indicatori (caratteristiche accertate) di valutazione sono: i) capacità di utilizzare le conoscenze (65%); ii) capacità di collegare le conoscenze (15%); iii) capacità di discutere gli argomenti (5%); iv) capacità di approfondire gli argomenti (5%); v) padronanza del linguaggio scientifico-tecnologico (10%).
- La votazione finale è espressa in trentesimi, con eventuale lode.
- La votazione finale sarà, indicativamente, la media pesata (90% scritto e 10% orale) delle votazioni conseguite nelle prove scritta e orale.
- In caso di votazione insufficiente (inferiore a 18/30) è necessario ripetere la prova scritta (dopo almeno 15 giorni).
Risultati attesi
Conoscenza e capacità di comprensione: Tramite lezioni ed esercitazioni in aula lo studente apprende le nozioni sui compositi e i metodi principali della progettazione di manufatti in composito.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Tramite le esercitazioni, lo studente è in grado di applicare le conoscenze acquisite per la determinazione della proprietà dei compositi e la loro progettazione.
Autonomia di giudizio: Tramite la progettazione di un componente in composito lo studente è in grado di comprendere, discutere criticamente ed esporre i risultati ottenuti.
Abilità comunicative: Le esercitazioni svolte in classe, mirate alla progettazione di un composito, e la loro discussione, permettono di sviluppare la capacità di presentare i risultati ottenuti in modo efficace e conciso e di sostenere una discussione in merito agli argomenti trattati.
Capacità di apprendimento: le attività descritte consentono allo studente di acquisire gli strumenti metodologici per proseguire gli studi e per potere provvedere autonomamente al proprio aggiornamento.