Ingegneria Meccanica

Il corso è articolato in due moduli da 3 CFU ciascuno (Modulo “Chimica dei Materiali” e Modulo “Tecnologie dei Materiali”) erogati durante il primo semestre del terzo anno. Il semestre è equamente suddiviso tra i due moduli in termini temporali. Programma del modulo "Chimica dei Materiali" del corso Materiali Non Metallici per l'Ingegneria COMBUSTIBILI Introduzione alla chimica organica; Gli idrocarburi Alifatici, ciclici e aromatici (Paraffine,nafteni, aromatici e olefine). Chimica del petrolio (Topping) e derivati. Combustibili naturali: Combustibili gassosi, e liquidi (metano, GPL, le benzine il cherosene, il gasolio l’olio combustibile e i bio-combustibili) Processi petrolchimici per modificare le rese delle varie frazioni di combustibili (Reforming, cracking, idrocracking isomerizzazione). Inquinamento da combustibili fossili. LUBRIFICANTI. La viscosità. Lubrificanti liquidi: olii e grassi; Lubrificanti solidi: grafite e teflon. MATERIALI POLIMERICI. I gruppi funzionale nella chimica organica. Alogenuri, Alcoli, fenoli, eteri e tioli. Il gruppo carbonilico: aldeidi e chetoni. Acidi carbossilici e loro derivati (esteri e saponi). Ammine e ammidi (nylon6-6). Carboidrati (amido e cellulosa). Lipidi. Amminoacidi, peptidi e proteine. Natura delle macromolecole. Reazioni di sostituzione, di addizione e condensazione. Reazioni radicaliche. Principali reazioni di polimerizzazione. Materiali termoplastici; relazioni tra la struttura chimica e le loro proprietà e gli usi dei seguenti materiali plastici: polietilene (HDPE, LDPE LLDPE); PVC; PP(isotattico atattico e sindiotattico); PB; PMP poli4metilpentene; PVAC; PS; PAN; SAN; ABS; PMMA; PTFE e PCTFE. Tecnopolimeri; relazioni tra la struttura chimica e le loro proprietà e gli usi dei seguenti materiali: Poliammidi (Nylon 6-6, 6-9 e 6-10); Aramidi (Kevlar e Nomex); Cellulosa e suoi derivati (Rayon); Policarbonato (Lexan); Poliesteri (PETpolietilentereftalato e PBT) e Poliarilati (PAR); Polisolfoni; Polichetoni; Policianoacrilati (colle cianoacriliche)]. Materiali polimerici termoindurenti [Resine fenoliche (Reticolazione con ESA esametilentetrammina) Bakelite; Resine epossidiche (reticolazione con diammine); Poliimmidi. Elastomeri; relazioni tra la struttura chimica e le loro proprietà e gli usi dei seguenti materiali: Gomma naturale (vulcanizzazione); Gomme sintetiche SBR (stirenebutadiene) e PIB (poliisobutilene); Gomme nitrile; Policloroprene (neoprene); Gomme siliconiche. Fibre di carbonio (Sintesi da PAN e da Pitch, usi). Materiali compositi. Stabilità chimica e degradazione dei polimeri e dei materiali compositi MATERIALI CERAMICI. Introduzione allacristallografia (reticoli di Bravais); Struttura CCC, CFC ed EC. Sistema di notazione di Miller dei piani cristallografici, e cenni sulla diffrattometria X, legge di Bragg e identificazione delle fasi (CCC e CFC). Soluzioni solide sostituzionali e soluzioni solide interstiziali. Difetti cristallini (difetto di Schottky e difetto di Frenkel). Analisi delle strutture cristalline (del tipo del ZnS, fluorite e antifluorite, Al2O3, Peroskite) Le strutture cristalline della silice e dei silicati (a isola, a catena e a strato). I vetri (vetri infrangibili, temperati e cristalli). Ceramici a base di ossidi, nitruri, carburi e boruri. Proprietà chimiche, termiche e meccaniche dei vetri e delle ceramiche. Stabilità chimica e degradazione dei ceramici MATERIALI ORGANICI NATURALI. Cenni sul Legno. Programma del modulo "Tecnologie dei Materiali" del corso Materiali Non Metallici per l'Ingegneria Materiali polimerici - Introduzione e definizioni - Reazioni di polimerizzazione - Cristallinità e stereoisomerismo - Classificazione dei materiali polimerici (elastomeri, termoindurenti e termoplastici) - Transizioni termiche nei materiali polimerici (temperatura di cristallizzazione e temperatura di transizione vetrosa) - Proprietà meccaniche delle diverse classi di materiali polimerici - Comportamento viscoelastico dei polimeri e relativi modelli matematici (Maxwell e Voigt) - Lavorazione dei materiali polimerici Materiali ceramici - Introduzione e definizioni - Strutture cristalline ceramiche semplici - Strutture dei silicati - Proprietà meccaniche dei materiali ceramici e fatica statica - Meccanismi di tenacizzazione dei materiali ceramici - Approccio probabilistico alla progettazione con i materiali ceramici (statistica di Weibull) - Lavorazione dei materiali ceramici: formatura e sinterizzazione Materiali compositi - Introduzione e definizioni - Fibre per materiali compositi a matrice polimerica e ceramica - Micromeccanica della lamina con rinforzo continuo e discontinuo per la determinazione delle costanti elastiche e delle resistenze longitudinali - Processi di fabbricazione per materiali compositi a matrice polimerica (processo manuale di laminazione, processo di applicazione a spruzzo, processo sacco a vuoto e autoclave, filament winding, pultrusione e stampaggio per compressione)

Il settore dei materiali è caratterizzato da una forte interdisciplinarietà che spazia dalla fisica e chimica della materia, alle applicazioni ingegneristiche e ai processi di fabbricazione. Si richiede pertanto agli studenti una buona conoscenza della chimica generale ed inorganica (Chimica), delle scienze di base con particolare riferimento all’analisi matematica (Analisi I) e alla fisica (Fisica I).

- W.F. Smith “Elementi di Scienza e Tecnologia dei Materiali”, McGraw-Hill ed. - W. D. Callister, D. G. Rethwisch “Materiali per l’Ingegneria Civile ed Industriale”. Edises, 2015 - Note delle lezioni preparate dai docenti e materiale bibliografico distribuito a lezione

Il corso è articolato in lezioni frontali avvalendosi della proiezione di slide seguendo una didattica tradizionale. Le lezioni teoriche saranno volte a fornire agli studenti gli strumenti concettuali e metodologici necessari allo studio e caratterizzazione delle classi di materiali non metallici di interesse nell’ingegneria meccanica. È previsto lo svolgimento in aula di esercitazioni numeriche orientate alla risoluzione di casi reali relativi alla progettazione con le classi di materiali non metallici, al fine di facilitare l’apprendimento degli aspetti teorici.

La frequenza non è obbligatoria anche se è fortemente consigliata.

Il corso, essendo articolato in due moduli, prevede due verifiche dell’apprendimento separate per ciascun modulo. Il voto finale sarà determinato come media aritmetica delle votazioni ricevute dallo studente nei due moduli, che dovranno in ogni caso essere superiori a 18/30. Per quanto riguarda la “Chimica dei materiali”, viene assegnato a ciascun studente un compito didattico che si basa sulla scelta di un materiale per una applicazione specifica. Lo studente sarà valutato soprattutto per quelle che sono le proprietà chimiche e come queste determinano il comportamento tecnologico, i processi di sintesi del materiale e gli aspetti chimici della loro degradazione. A partire dal compito didattico assegnato si pongono altre domande riguardanti altri materiali per verificare l’acquisizione, da un punto di vista chimico, del senso critico che deve guidare, nella progettazione, la scelta del materiale giusto. La valutazione per il modulo "Tecnologie dei Materiali" del corso Materiali non Metallici per l'Ingegneria sarà costituita da una prova scritta che verterà sugli aspetti fondamentali trattati durante il corso. La prova scritta, della durata di 90 minuti, comprenderà tre domande aperte di teoria, cinque domande multiple a risposta chiusa e due esercizi numerici. Le domande aperte mirano a verificare l'avvenuta acquisizione delle conoscenze e dei concetti discussi nel corso. Gli esercizi numerici possono descrivere allo studente dei casi progettuali reali, richiedendo quindi una analisi del problema e la relativa discussione critica degli approcci utilizzati per risolvere i quesiti. Il punteggio della prova scritta (in trentesimi) sarà calcolato sulla base della qualità e della completezza delle risposte fornite. Nel complesso, le due prove di esame hanno lo scopo di valutare il livello che lo studente ha raggiunto nell'acquisire le competenze descritte negli obiettivi formativi, con particolare riferimento alla: a) comprensione dei concetti trasmessi durante le lezioni, non solo dal punto di vista teorico ma anche in riferimento a situazioni pratiche “simulate” di problemi di progettazione; b) capacità di apprendere in autonomia

Il corso è articolato in lezioni frontali avvalendosi della proiezione di slide seguendo una didattica tradizionale. Le lezioni teoriche saranno volte a fornire agli studenti gli strumenti concettuali e metodologici necessari allo studio e caratterizzazione delle classi di materiali non metallici di interesse nell’ingegneria meccanica. È previsto lo svolgimento in aula di esercitazioni numeriche orientate alla risoluzione di casi reali relativi alla progettazione con le classi di materiali non metallici, al fine di facilitare l’apprendimento degli aspetti teorici.