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PORTALE DELLA DIDATTICA

Materiali per applicazioni aerospaziali

01SRBMT

A.A. 2019/20

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Aerospaziale - Torino

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Lezioni 48
Esercitazioni in aula 3
Esercitazioni in laboratorio 9
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
Biamino Sara Professore Associato ING-IND/22 30 3 0 0 2
Collaboratori
Espandi

Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/22
ING-IND/22
3
3
D - A scelta dello studente
F - Altre (art. 10, comma 1, lettera f)
A scelta dello studente
Altre conoscenze utili per l'inserimento nel mondo del lavoro
2019/20
Probabilmente nessun settore industriale come quello aeronautico-spaziale manifesta una richiesta così continua di materiali innovativi e una disponibilità consolidata alla sperimentazione di nuove soluzioni. L’introduzione di requisiti sempre più stringenti crea nuove e sempre più significative esigenze e problematiche alle quali la ricerca industriale deve dare risposta con competitiva tempistica e appropriata affidabilità. Questo obiettivo non può essere conseguito se la cultura dell’ingegnere aerospaziale non si arricchisce di una conoscenza approfondita dei materiali e delle fondamentali correlazioni esistenti tra i vari livelli di struttura (composizione, nanostruttura, microstruttura, macrostruttura) e le proprietà, non necessariamente e in modo univoco meccaniche, ma anche chimico-fisiche (di durabilità, termiche, ottiche, magnetiche,…). Tali basi conoscitive ed interpretative dei materiali e delle loro prestazioni ‘a tutto tondo’ costituiscono, infatti, non solo uno strumento per comprendere le nuove proposte di materiali, che rapidamente si susseguono nel mondo aerospaziale, ma anche per agire come protagonisti nella innovazione e nella ideazione di nuovi materiali.
The aeronautics-aerospace industrial sector continuously needs new materials and innovative solutions able to match very strict requirements in order to improve product reliability and competitiveness. To achieve this ambitious goal, aerospace engineers must achieve a deep knowledge about materials and basic relationships between the several structural levels (compositional, nanostructural, microstructural, macrostructural) of the materials and their properties, in terms not only of mechanical, but also physico-chemical (durability, thermal, optical, magnetic, and so on) features. Such basic knowledge is a fundamental tool for understanding innovation but also to play a leading role in the study and exploitation of new materials for this advanced field of application.
L’obiettivo è di fornire allo studente le nozioni base in termini di materiali e tecnologie che gli permetta di approcciare in modo consapevole la notevole moltitudine di materiali per le applicazioni aerospaziali: - selezione del materiale più opportuno per i requisiti dell'applicazione; - tecnologie con cui si può realizzare un componente una volta scelto il materiale; - trattamenti termici, trattamenti superficiali mirati a massimizzare le prestazioni dei diversi materiali. - conoscere le nomenclature dei materiali (in particolare quella internazionale) - conoscere la terminologia internazionale, in particolare quella inglese. Verranno trattati i materiali attualmente stato dell'arte ma tenendo conto della notevole velocità con la quale, nel settore aerospaziale, si osserva la penetrazione di nuovi materiali e tecnologie ad essi connesse, il corso vuole fornire anche una visione delle attuali linee di ricerca per superarie i limiti dei materiali/ tecnologie. In questo modo l'Ingegnere aerospaziale acquisirà terminologie e conoscenze che favoriranno il dialogo con altre culture (quali la scienza e tecnologia dei materiali e gli ingegneri dei Materiali) per lo sviluppo di nuovi materiali per il settore aerospaziale.
The goal is to provide the student with the basics in terms of materials and technologies that allow him to consciously approach the considerable multitude of materials for aerospace applications: - selection of the most appropriate material for application requirements; - technologies with which a component can be made once the material has been chosen; - heat treatments, surface treatments aimed at maximizing the performance of different materials. - know the nomenclature of materials (especially the international one) - know the international terminology, in particular the English one. The materials currently state of the art will be treated during the course but, taking into account the remarkable speed with which, in the aerospace sector, the penetration of new materials and technologies is observed, the course aims to provide a view of the current research lines for surpassing the actual limits of materials / technologies too. In this way the aerospace engineer will acquire terminologies and knowledge that will favor dialogue with other cultures (such as materials science and technology and materials engineers) for the development of new materials for the aerospace industry.
Lo studente deve possedere una cultura di base solida e ampia sui materiali, a partire dalla loro natura e struttura fino alle principali proprietà. Deve pertanto possedere informazioni consolidate sulla struttura della materia ai vari livelli di scala dimensionale, sulle strutture amorfe e cristalline, e le loro difettualità. Deve conoscere le classi di materiali e le principali differenze tra di essi, in termini composizionali e prestazionali. Deve inoltre conoscere i fondamenti del comportamento meccanico dei materiali e delle altre principali proprietà (termiche, ottiche, magnetiche,..). Deve infine avere conoscenza dei principali processi di produzione e trasformazione dei materiali.
The student is required to have a large, basic knowledge on materials science and technology, starting from atomic and compositional data till to the main properties at the macro-scale. In particular, he must own a robust background about materials structure at the different scales, about glassy and crystalline solids, and their atomic/microstructural defects. He must know the different classes of materials and the major differences in terms of composition and properties. He must have fundamental knowledge on mechanical behaviour of the materials as well as on their many other (thermal, optical, magnetic…) properties. Finally he must know the main processes for materials production and transformation.
Materiali per alte temperature. I materiali metallici per i propulsori aeronautici e spaziali: le superleghe base nichel e cobalto e le problematiche relative agli organi di movimento nelle turbine. Rivestimenti protettivi a barriera termica (TBC-EBC). Criteri di selezione; caratteristiche composizionali e microstrutturali; processi produttivi. Problematiche di durabilità. Nuove prospettive di design. L’introduzione dei compositi a matrice ceramica (h.13) I materiali intermetallici ed il tema dell’alleggerimento delle strutture rotanti: caso studio delle leghe intermetalliche gamma-TiAl per la produzione di palette per gli ultimi stadi della turbina di bassa pressione. Il valore aggiunto delle tecniche di additive manufacturing per componenti in materiale metallico (h.6) Gli acciai speciali per applicazioni nelle gearbox e negli organi di trasmissione. I materiali metallici per le strutture aereonautiche e spaziali: le leghe di alluminio e magnesio alto resistenziali; i processi di formatura speciali per la produzione di componenti complessi e di grande dimensione; le leghe di titanio e i processi di formatura di diffusion bonding e superplastic forming. Il problema della giunzione tra componenti metallici. I compositi a matrice metallica (8 h). I materiali polimerici e compositi a matrice polimerica per lo sviluppo di strutture ad elevata resistenza specifica: i compositi a matrice polimerica alto resistenziali per lo sviluppo di velivoli a elevate prestazioni. Esempi di sistemi compositi a matrice polimerica. I polimeri per l’incollaggio speciale. Il design dei materiali a ridotta permeabilità ai gas. (6h) I sistemi di protezione termica (TPS). Protezioni termiche passive. Tipologie di materiali, condizioni operative e funzionalità. Il caso delle protezioni dello Space Shuttle. Problematiche in uso e alternative in fase di sviluppo. I materiali per il ‘Repair-in-space’: concetto, ruolo e problematiche. Il concetto del self-healing. Gli UHTC (Ultra-High Temperature Ceramics) nel disegno dei profili "sharp": composizioni, proprietà e nuove soluzioni per migliorarne prestazioni e affidabilità. Protezioni termiche attive: il fenomeno dell’ablazione. Ablatori per bassi, medi e alti flussi termici. (h.6) Gli smart materials: sistemi sensori-attuatori nel controllo termo meccanico e nel controllo dell’isolamento termico. Materiali per sensoristica e per attuazione: materiali piezoelettrici, materiali conduttori ionici, SMA, magnetostrittori. Le applicazioni nel campo della robotica umanoide spaziale per attività extraveicolari. (h.4,5) Le nuove frontiere dei materiali: la nanostrutturazione. Il controllo della struttura dei materiali alla nanoscala e le implicazioni a livello prestazionale, chimico-fisico-meccanico. (h.4,5) Criteri di design e selezione di materiali. Diagrammi di Ashby. Utilizzo del softaware CES EDUPACK come ausilio alla selezione dei materiali per la progettazione dei componenti (12 h, di cui 9 h in laboratorio lavorando divisi in gruppi su case study differenti)
High-temperature materials. Metallic materials for aeronautic and space propulsion: nickel and cobalt superalloys and the demanding for moving devices in turbines Thermal barrier coatings (TBC-EBC). Compositions, properties, processes and design. Durability . The introduction of cerami matrix composites (h. 13) Intermetallic materials and the subject of rotating structure lightening: gamma-TiAl case study for the production of low pressure turbine blades. The adding value of additive manufacturing technologies for the production of metallic components (h.6) High strength steels and their application in gearbox and transmission devices. Metallic materials for aeronautic and space structures: high performing aluminum and magnesium alloys and forming processes for complex components with large dimensions; titanium alloys and the diffusion bonding process as well as supeplastic forming. The topic of the joining between metallic components. Metal matrix composite. (h. 8) Polymeric materials and polymeric matrix composites for the development of structures with high specific strength: high strength polymeric composites for the development of high performing flying devices. Examples of devices in polymeric matrix composites. Polymers for special joining. Designo of polymers with low-permeabilityto gases. (h.6) Thermal protection systems (TPS). Passive (Reusable) systems: materials, working conditions, problems, solutions. Case of Space Shuttle TPS. Materials for repair in space. Self-healing. UHTC (Ultra-High Temperature Ceramics) and sharp profiles: compositions, solutions, reliability. Active TPS: ablation and ablative materials for low, medium and high flux conditions (h.6) Smart Materials: sensors and actuators. Piezoelectrics, ionic conductors. SMA, magnetostrictors. Application in the field of space human–robotic for extra vehicular activities. (h.4,5). Nanomaterials; an introduction to the nanoscaled materials and processes (h.4,5) Design criteria and material selection. Ashby diagrams. Use of the CES EDUPACK software as tool for the selection of materials when designing a component. (12h in total, 9h dedicate to activity in lab working in groups to different case study)
Il corso consiste di lezioni frontali da parte del docente ed esercitazioni in aula mirate a visionare provini e campioni di materiali trattati durante il corso e descrivere casi studio di componenti. Viene anche illustrato il software CES EDUPACK che rappresenta un interessate strumento per supportare la scelta e la selezione dei materiali. Tale software viene utilizzato in laboratorio dove gli studenti sono divisi in gruppo ed ogni gruppo lavora alla selezione dei materiali per un differente case study producendo una relazione che sarà parte dell'esame finale
The course consists of lectures by the teacher and classroom exercises aimed at examining samples and samples of materials covered during the course as well as describing case studies of components. In addition, the CES EDUPACK software (which represents an instrument to support the selection and selection of materials) is presented. This software is used in laboratory where the students will be divided into teams, will work on the selection of material for given case study thus producing a report that will be part of the finel examination
Le slide utilizzate dal docente per le spiegazioni verranno fornite in anticipo e testi per eventuali approfondimenti saranno consigliati durante le lezioni.
The slides used for the lessons will be available in advance and books for eventual in deep investigation of particular subjects will be suggested by the teacher during the lessons.
Modalità di esame: prova scritta; elaborato scritto prodotto in gruppo;
Il voto finale si compone dalla somma del risultato di un esame scritto e di un elaborato scritto prodotto in gruppo. Se si supera 30 si ottiene la lode. L'esame scritto accerta l’acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese tramite lo svolgimento di una prova scritta di 2 ore senza l'aiuto di appunti o libri. La prova scritta consiste di 4 quesiti da 4 punti e 2 questiti da 5 punti, nei quali si richiede di dimostrare la conoscenza della materia rispondendo a domende aperte o domande a risposta multipla. Pertanto è possibile totalizzare in questo modo un massimo di 26 punti. Un facsimile di prova d’esame sarà disponibile sul portale della didattica. L'elaborato scritto sarà la relazione finale di gruppo relativa al lavoro svolto per la progettazone di un compomente in termini di materiali utilizzando il software CESEDUPACK. Il valore dell'elaborato è un massimo di 6 punti.
Exam: written test; group essay;
The final mark consists of the sum of the result of a written examination and a written report produced in a group. Above 30 means that the laude is reached. The written examination will last 2 hrs. Books and notes will not be available. The student will have to answer to 4 questions with the value of 4 and 2 questions with the value of 5 in order to witness his/her knowledge of the contents of the course thus having the possibility to reach 26 as maximum. The student may be requested to provide an open answer or to select an option among given possibilities. A facsimile examination form will be available on the "Portale della didattica". The written report is the result of the team that worked at the design of a component in terms of material selection using the CES EDUPAK software. The value of this report is 6 at maximum.


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