Ingegneria Chimica - Chemical Engineering

1. Introduzione ai materiali compositi e alla loro classificazione 2. Meccanica dei materiali compositi Analisi macromeccanica della lamina • Introduzione; • Richiami su sforzi e deformazioni; • Legge di Hooke per diversi tipi di materiali (isotropi, anisotropi, ortotropi, …) • Legge di Hooke per una lamina unidirezionale (2D) (ipotesi di stato di sollecitazione piano; riduzione della legge di Hooke dal caso tridimensionale a quello bidimensionale; relazione tra le matrici di rigidezza e cedevolezza con le costanti elastiche ingegneristiche della lamina); • Relazione sforzo-deformazione per una lamina con orientazione arbitraria; • Costanti ingegneristiche per una lamina con orientazione arbitraria; • Criteri di resistenza per una lamina con orientazione arbitraria (massima deformazione, massima sollecitazione, Tsai-Hill e Tsai-Wu). Analisi micromeccanica della lamina • Introduzione; • Determinazione di E1, E2, G12, ν12 ; • Modello semiempirico di Halpin-Tsai; • Valutazione della resistenza a trazione della lamina unidirezionale. Analisi della lamina con rinforzo non continuo • Introduzione; • Lamina con fibre corte allineate e a disposizione casuale. Analisi macromeccanica dei laminati • Introduzione; • Teoria classica del laminato; • Criteri di resistenza dei laminati. 3. Processi di fabbricazione dei materiali compositi a matrice polimerica (PMC) • Introduzione; • Prepreg lay-up process; Wet lay-up process; Spray-up process; Filament winding process; Pultrusion process; Resin Transfer moulding process; Additive manufacturing processes. 4. Materiali compositi a matrice ceramica (CMC) • Introduzione; • Fibre e matrici di comune impiego nei CMC; • Proprietà meccaniche di compositi a matrice ceramica e relative applicazioni; • Meccanismi di tenacizzazione; • Processi di fabbricazione dei CMC: Powder processing, Slurry infiltration and consolidation, Polymer infiltration and pyrolysis, Chemical Vapor Infiltration. 5. Materiali compositi a matrice metallica (MMC) • Introduzione; • Fibre e matrici di comune impiego nei MMC; • Proprietà meccaniche di compositi a matrice metallica e relative applicazioni; • Processi di fabbricazione dei MMC: Vacuum hot pressing, Powder Metallurgy, Casting/Liquid Metal Infiltration, Squeeze Casting. 6. Nanocompositi • Introduzione e classificazione dei materiali nanostrutturati; • Introduzione e classificazione dei rinforzi su scala nanometrica; • Nanocompositi a matrice polimerica: preparazione e proprietà; • Nanocompositi a matrice metallica: preparazione e proprietà; • Nanocompositi a matrice ceramica: preparazione e proprietà.

Il settore dei materiali compositi 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 (Analisi I e Fisica I), della Scienza delle Costruzioni e della scienza e tecnologia dei materiali metallici, polimerici e ceramici.

1) Fiber-Reinforced Composites, Materials, Manufacturing, and Design, Third Edition, P.K. Mallick; 2) Principles of Composite Material Mechanics, 4th edition, Ronald F. Gibson; 3) An Introduction to Composite Materials, Third Edition, T.W.Clyne, D. Hull.

Le attività didattiche si basano su lezioni frontali tradizionali per l’acquisizione delle conoscenze e sullo svolgimento di esercitazioni comuni per la soluzione di problemi ingegneristici.

La frequenza non è obbligatoria anche se è fortemente consigliata.

La valutazione è basata sugli esiti di un colloquio orale, teso alla verifica dell’acquisizione: • delle conoscenze su microstruttura, proprietà, progettazione, processi di produzione e trasformazione, impiego, analisi, caratterizzazione, degrado e riciclo dei materiali compositi; • della capacità di applicare tali conoscenze per selezionare i materiali compositi idonei alle diverse applicazioni, per riconoscerne le condizioni di possibile rischio in esercizio, per sceglierne i test più indicati per valutarne le prestazioni. Il voto minimo per il superamento dell’esame (18/30) è conseguito solo se lo studente dimostra di saper correttamente classificare e distinguere il comportamento fisico-meccanico delle principali famiglie di materiali compositi. Per il voto finale saranno considerati: • il grado di approfondimento delle conoscenze; • la capacità di collegare con sicurezza argomenti diversi; • la capacità di applicare le conoscenze alla soluzione di problemi di limitata complessità nel campo dell’ingegneria dei materiali compositi; • la capacità di comunicare le conoscenze acquisite e di illustrare le soluzioni tecniche proposte con chiarezza e utilizzando un vocabolario tecnico appropriato. Per il conseguimento del massimo dei voti (30/30 e lode) lo studente dovrà dimostrare di aver acquisito una conoscenza eccellente di tutti gli argomenti trattati nel corso, e di saper applicare tale conoscenza alla soluzione di problemi nel campo dell’ingegneria industriale, proponendo soluzioni originali e dimostrando di aver approfondito individualmente e con contributi personali lo studio della materia.

Le attività didattiche si basano su lezioni frontali tradizionali per l’acquisizione delle conoscenze e sullo svolgimento di esercitazioni comuni per la soluzione di problemi ingegneristici.