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PORTALE DELLA DIDATTICA

Ingegneria dei materiali

01NGFMZ

A.A. 2019/20

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Dei Materiali - Torino

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Lezioni 71.5
Esercitazioni in aula 18.5
Esercitazioni in laboratorio 10
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
Vitale Brovarone Chiara Professore Ordinario ING-IND/22 63 15 0 0 3
Collaboratori
Espandi

Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/22 10 B - Caratterizzanti Discipline dell'ingegneria
2018/19
L'insegnamento si rivolge a tutti coloro che intendono indirizzare le loro pregresse conoscenze di chimica, fisica, scienza e tecnologia dei materiali verso l'ingegneria dei materiali. Questo significa, innanzi tutto, saper selezionare il giusto materiale per un preciso utilizzo per la realizzazione di un determinato componente che deve, a sua volta, soddisfare a stringenti richieste progettuali. Per realizzare questo concatenamento l'insegnamento offrirà gli strumenti per poter valutare e prevedere il comportamento dei materiali in esercizio. Lo studente verrà sensibilizzato a curare la capacità propositiva, in modo da poter partecipare attivamente alla fase di progettazione presentando le possibili alternative che i materiali tradizionali ed innovativi sono in grado di offrire.
INTRODUCTION This course is devoted to students who would like to extend their knowledge of chemistry, physics and materials science and technology to materials engineering. The main aim of Materials Engineering amounts to selecting the best material to build a component that must meet tight design specifications. In order to address this scope, the course will focus on the tools to assess and forecast the behaviour of materials under operating conditions. Accordingly, this course will mainly follow a design-led approach and will include many study-cases. Students will be also trained to have an active part in the whole design process and to introduce the features and performances of new advanced materials.
L'obiettivo è sviluppare nell'allievo l'abilità di trasformare la materia in un materiale impartendo a questo termine una valenza ingegneristica. Identificare gli aspetti critici di un progetto proponendo il giusto materiale. Interagire a monte col progettista affinché progetto e materiale nascano già pensati un per l'altro. Si vogliono inoltre stimolare l’autonomia di giudizio e le capacità di comunicazione tecnica. Quindi al termine dell'insegnamento si chiederà allo studente di: - Sapersi esprimere usando un appropriato linguaggio scientifico e una rigorosa concatenazione logica e critica nei ragionamenti. - Conoscere, innanzi tutto, la scienza e la tecnologia dei materiali a livello di Laurea Triennale e acquisire tutti gli approfondimenti relativi che verranno forniti nell'insegnamento - Conoscere e prevedere il comportamento di un materiale in determinate condizioni di esercizio, con particolare attenzione alle sue criticità. - Applicare questa conoscenza all'ingegneria: saper interpretare un progetto, saperne cogliere gli aspetti critici, quindi saper selezionare il giusto materiale a fronte di una precisa richiesta progettuale; saper dialogare in modo propositivo con il progettista. -Essere in grado di prendere una decisione progettuale in presenza di esigenze contrastanti, riuscendo a motivarla. -Essere in grado di stimare rapidamente i valori numerici caratteristici dei più importanti materiali relativi alle diverse classi, anche in relazione ai principali casi di riferimento. -Conoscere la terminologia internazionale (inglese).
SKILLS AND KNOWLEDGE TO BE ACQUIRED The objective of the course is to enable students to transform matter in materials for engineering purposes. This means to be able to point out the critical issues of a design and to cooperate with the designers to select the appropriate materials matching the requirements of the component. At the end of this course the student will have acquired the following abilities: - Discuss design issues in a sounding technical language. - Know the advanced elements of the science and material technology provided in the course. - Forecast the behavior of materials under operating conditions with particular care to critical conditions. - Understand a design, point out its critical elements and interact with the designer to select the best possible material for the design. - Draw professional technical reports with proper English technical wording. - Manage contrasting design specifications. - Estimate the key characteristic parameter values for the main materials.
Ai frequentatori dell'insegnamento viene richiesta una solida cultura scientifica di base, in particolare: Chimica, Fisica, Matematica. Fondamentale la conoscenza della Scienza e Tecnologia dei Materiali che dovrà essere a livello di Laurea Triennale.
REQUIRED KNOWLEDGE Student must have solid knowledge of the fundamental scientific disciplines and of Chemistry, Physics and Mathematics in particular. Besides an in depth knowledge of Science and Material Technology topics provided in three-year university program courses is required.
Introduzione, articolazione dell’orario, regole dell'insegnamento e linguaggio scientifico.1.5h Diagrammi di stato: Diagrammi di stato ternari e loro lettura. Esempi di diagrammi ternari in siderurgia. 9h Comportamento elastico: dalla legge della molla alla legge di Hooke, le curve di Condon-Morse e proprietà fisiche collegate, modulo di Young e coefficiente di Poisson. Calcolo del modulo effettivo in caso di deformazione contrastata in una o più direzioni. 6 h Rapido ripasso e approfondimenti sulla struttura dei solidi cristallini ed esercizi di calcolo. Anisotropia. 6h Legge di Hooke e Schmid. Difetti reticolari: approfondimenti. Quasi cristalli. Calcolo dell'energia e delle tensioni associate alle dislocazioni. Calcolo della grana cristallina: esercizi. 15 h La visione d’insieme: come procedere alla scelta di un materiale per una specifica applicazione integrando le proprietà richieste, i vincoli imposti dalle tecnologie di fabbricazione e gli obiettivi funzionali, di costo e ambientali? L’approccio di Ashby. 4,5 ore La deformazione plastica è sempre indesiderata? E se lo è come possiamo evitarla? Meccanismo di rafforzamento e relativi esercizi di calcolo. Individuazione degli indici di merito per sollecitazioni in campo elastico e plastico. Esercizi di calcolo. 16 h Frattura e tenacità a frattura, valutazione della KIC, transizioni duttile e fragile e sua correlazione con le simmetrie cristalline.6 h Sollecitazioni a fatica nei materiali: meccanismi e leggi di Coffin, Basquin e Goodman-Miner. Come migliorare la resistenza alla sollecitazione a fatica? Esercizi di calcolo 6 h. Meccanismi di diffusione, effetto Kirkendall e sue ricadute nel settore dei nanomateriali. Termodinamica delle trasformazioni: primo ordine, secondo ordine, approfondimento sulla fusione. Come progettare componenti che lavorano in temperatura? Definizione e valutazione del tempo di vita: esempi ed esercizi di calcolo. Sfruttare le proprietà termiche per la progettazione di componenti.12 h Proprietà elettriche: esercizi applicativi. 4.5h Casi studio relativi a diversi settori ingegneristici quali: biomateriali, industria ferroviaria, aeronautica, ecc. 6h Descrizione delle varie attività di laboratorio: 1,5h Attività di laboratorio legate all’osservazione al microscopio elettronico di superfici di frattura, e materiali vari, mappe composizionali e ricostruzioni della topografia superficiale. 2h Attività di laboratorio legate alla microtomografia computerizzata e al suo utilizzo nel settore dei materiali. 2h Attività di laboratorio legata all’utilizzo del reometro. 2h Attività di laboratorio legata alla determinazione della KIC. 1.5 h
Introduction, timetable, rules and importance of scientific language. 1.5h Ternary diagrams and their use. Examples of ternary diagrams in steel industry. 9h Elastic behavior: springs and Hooke’s Law, Condon-Morse curves and derivable properties. Young Modulus, Poisson Coefficient. Numerical evaluation of Young Modulus under constrained conditions. 6 h Quick review and deepening on crystalline structures and exercises. Anisotropy. 6h Hooke’s and Schmid’s Laws. Defects in solids: deepening. Quasi-crystals. Evaluation of energies and tensions associated to dislocations. Grain size evaluation: standards and exercice. 15 h The big picture: how to proceed with material selection in order to obtain the best combination of properties and considering the constraints related to specific properties, processing and optimising the targets on weight, environment,... Ashby approach. 4,5 ore Is plastic deformation always detrimental? And if so, how can we avoid it? Strenghtening mechanism and numerical exercises. Material indexes and their evaluation under elastic and plastic deformation. Numerical exercise. 16 h Fracture and fracture toughness, KIC evaluation, ductile fragile transition and its correlation with crystalline symmetries. 6 h Repetitive stress and the problem of fatigue: mechanisms, Laws of Coffin, Basquin e Goodman-Miner. How can we improuve resistence to fatigue? Numerical exercise. 6 h. Diffusion mechanisms review, Kirkendall effect and its impact on nanomaterials. Thermodynamic of transformations: first and second order, deepening on melting. Design with temperature constraints. How to cope with creep? Predicting life: examples and numerical exercise. Taking advantages of thermal properties to design specific components. 12 h Electric properties and applications. 4.5h Case studies on different engineer fields: biomaterials, railway industry, aeronautics,… 6h Presentation of the laboratory experiences 1.5h Electron microscopy of fracture surface, different materials, compositional maps and topographic reconstruction 2h Computed tomography and its use for materials. 2h Rheometer use. 2h Experimental evaluation of KIC. 1.5 h
L'insegnamento si articola in lezioni frontali ed esercitazioni numeriche svolte in aula sui vari argomenti trattati. Verranno inoltre proposte le 3 esperienze di laboratorio di seguito riportate (suddivisione in 5 squadre): 1) Osservazione al microscopio elettronico di superfici di frattura, e materiali vari, mappe composizionali e ricostruzioni della topografia superficiale. 2h 2) Microtomografia computerizzata e al suo utilizzo nel settore dei materiali. 2h 3) Utilizzo del reometro. 2h Verrà inoltre proposta un’attività di laboratorio volta alla determinazione sperimentale della KIC (suddivisione in 3 squadre). 1.5 h
The course foresees lessons and numerical exercises on the different topics. The following three different laboratory experience will be carried out (the students will be divided in 5 groups): *Electron microscopy of fracture surface, different materials, compositional maps and topographic reconstruction. *Computed tomography and its use for materials * Use of a rheometer. Furthermore the determination of KIC will be experimentally carried out with the students (divided in 3 groups):
-Michael Ashby, Hugh Shercliff amd David Cebon, Materials Engineering, science, processing and design, Buttherworth-Heinemann -J.C. Anderson, K.D. Leaver, R.D. Rawlings, J.M. Alexander: Materials Science, Van Nostrand Reinhold (UK) -D.R. Askeland The Science and Engineering of Materials, Chapman and Hall -Brisi, Chimica Applicata -Meyers Mechanical Behaviour of materials, Cambridge -I file Pdf delle slide proiettate a lezione verranno caricati sul portale della didattica
-Michael Ashby, Hugh Shercliff amd David Cebon, Materials Engineering, science, processing and design, Buttherworth-Heinemann -J.C. Anderson, K.D. Leaver, R.D. Rawlings, J.M. Alexander: Materials Science, Van Nostrand Reinhold (UK) -D.R. Askeland The Science and Engineering of Materials, Chapman and Hall -Brisi, Chimica Applicata -Meyers Mechanical Behaviour of materials, Cambridge - Pdf file of the used slides will be provided online.
Modalità di esame: prova orale obbligatoria;
Esame orale volto alla valutazione dell’apprendimento di quanto svolto durante l'insegnamento (tipicamente 3 domande). Eventualmente verrà proposto lo svolgimento di esercizi analoghi a quelli svolti durante le esercitazioni numeriche dell'insegnamento. La valutazione terrà in considerazione sia le nozioni apprese che della capacità acquisita dallo studente di comunicare con il linguaggio tecnico appropriato, esponendo le proprie conoscenze in modo autonomo, logico e critico.
Exam: compulsory oral exam;
Oral examination to assess the acquired know-how (usually 3 questions). Numerical exercise could be proposed in accordance to the numerical evaluation carried out during the class. The grading will take into account both the level of the acquired know-how as well as the ability of the student to properly communicate and to discuss critically and logically using a scientific language.


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