EXPERIMENTAL AND NUMERICAL ADVANCED DESIGN

Il corso mira a rendere gli studenti capaci di eseguire la progettazione meccanica avanzata e la valutazione dell'integrità di strutture e componenti, secondo le procedure più moderne.

Verrà svolta una formazione approfondita sulla modellazione agli elementi finiti (FEM), per consentire agli studenti di prevedere la risposta strutturale considerando elastoplasticità, dinamica, integrità strutturale e tolleranza al danno.

Per raggiungere tale obiettivo, verranno fornite nozioni di meccanica dei materiali e di caratterizzazione sperimentale con un approccio pragmatico, affrontando rispettivamente i più recenti modelli di comportamento dei materiali (plasticità statica/dinamica, danno/rottura del materiale), e le più recenti procedure di laboratorio per la calibrazione tali modelli.

Gli studenti assisteranno in laboratorio a prove sperimentali statiche e dinamiche (macchine di prova elettroattuate ed idrauliche, Setup Barra di Hopkinson, acquisizione dati e analisi di immagini); utilizzeranno quindi i dati sperimentali per calibrare modelli di materiale selezionati che verranno quindi implementati nelle analisi FEM tramite subroutine o nella fase di elaborazione dei risultati FEM tramite semplici fogli di calcolo.

Una sezione del corso da 3 C.F.U. sarà inoltre dedicata alla tecnica Digital Image Correlation (DIC) per la valutazione degli spostamenti e delle deformazioni a pieno campo. Ciò formerà gli studenti nella preparazione dei provini, nell'acquisizione e nell'elaborazione di immagini, con l'obiettivo di determinare le deformazioni locali e le distanze caratteristiche di provini/componenti sottoposti a prove sperimentali.

Contenuti del corso (C = Lezioni, L = Laboratorio, E = Esercitazioni).

1) Risposta elastoplastica dei materiali (45 h, Prof. G. Mirone)

• C1) Introduzione alla plasticità – Normality Rule e Consistency Condition – Hardening – Plasticità associata e superficie di snervamento – Plasticità alla von Mises – Path dependence della deformazione plastica – Superfici di snervamento dipendenti da pressione e angolo di Lode – Determinazione sperimentale della curva di hardening – Necking – Caratterizzazione sperimentale – Curve Ingegneristiche, True e costitutive – Metodi MLR e MVB per provini a sezione circolare e rettangolare – Nozioni pratiche per la modellazione agli Elementi Finiti (FEM);
• L1) Prove di laboratorio per la caratterizzazione e la validazione di curve costitutive (prove di trazione su provini cilindrici/rettangolari, lisci/intagliati);
• E1) Implementazione agli elementi finiti di prove di trazione e confronto dei risultati con dati sperimentali per la validazione FEM;

2) Meccanica del danno e frattura duttile (25 h, Prof. G. Mirone)

• C2) Fattore di triassialità e angolo di Lode – Modello introduttivo di Rice-Tracey - Modelli fenomenologici di danneggiamento (Bao-Wierzbicki, Xue-Wierzbicki ecc.) – Problemi di dipendenza dalla mesh per la modellazione della propagazione della frattura negli elementi finiti;
• E2) Progettazione agli elementi finiti di componenti semplici/provini speciali con l'implementazione di modelli di danneggiamento tramite postprocessing e/o tramite subroutine;
• L2) Prove di laboratorio dei componenti progettati in E2), verifica dell'accuratezza predittiva del progetto;

3) Dinamica ed effetti delle alte velocità di deformazione (20 h, Prof. G. Mirone)

• C3) Effetto della velocità di deformazione e modelli di hardening dinamico – Dissipazione del lavoro plastico e autoriscaldamento in dinamica – Procedure sperimentali per prove ad alta velocità di deformazione – Propagazione delle onde elastiche nelle barre – Attrezzatura Split Hopkinson Tensile Bar (SHTB);
• L3) Esperimenti di laboratorio con Split Hopkinson Tensile Bar (SHTB) - Valutazione delle curve sforzo-deformazione dinamiche – Calibrazione di semplici modelli per l'hardening dinamico;
• E3) Implementazione agli Elementi Finiti di prove dinamiche SHTB;

4) Digital Image Correlation (DIC) (30 h, Prof. R. Barbagallo)

• C4) Teoria della tecnica Digital Image Correlation (DIC) - Aspetti pratici della DIC: distanza dal soggetto, risoluzione della fotocamera, dimensione dello speckle - Introduzione al software DIC GOM;
  
• L4) Applicazione dello speckle e derivazione tramite DIC di spostamenti e deformazioni in prove sperimentali;
• E4) Postprocessing di dati sperimentali DIC, simulazione di esperimenti agli Elementi Finiti, confronto delle distribuzioni di deformazione locale.

A garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un colloquio al fine di programmare eventuali misure compensative e/o dispensative, in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze. In tal caso, si consiglia rivolgersi al docente referente CInAP (Centro per l’integrazione Attiva e Partecipata - Servizi per le Disabilità e/o i DSA) del Dipartimento di afferenza del Corso di Laurea.