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PORTALE DELLA DIDATTICA

Simulazione del comportamento dei materiali e del processo produttivo

01UANMZ

A.A. 2021/22

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Dei Materiali - Torino

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Lezioni 30
Esercitazioni in aula 10
Esercitazioni in laboratorio 40
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
Zampieri Nicolo' Professore Associato ING-IND/14 30 10 0 0 2
Collaboratori
Espandi

Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/14
ING-IND/21
ING-IND/22
4
2
2
C - Affini o integrative
B - Caratterizzanti
B - Caratterizzanti
Attività formative affini o integrative
Discipline dell'ingegneria
Discipline dell'ingegneria
2021/22
L'insegnamento ha lo scopo di fornire agli studenti i concetti fondamentali del metodo degli elementi finiti (FEM) e alcune esemplificazioni di simulazioni di processi di formatura per materiali plastici e metallici.
The course aims to provide students with the basic concepts of the finite element method (FEM) and some examples of simulations of forming processes for plastic and metal materials.
Presentare le basi del metodo a elementi finiti, la sua applicazione all’analisi delle sollecitazioni e le metodologie numeriche utilizzate nella simulazione del processo a iniezione. conoscere le principali regole della progettazione del processo di stampaggio ad iniezione e saperle applicare nella soluzione di problemi o inconvenienti relativi al processo sapere applicare il codice di simulazione sapere scegliere le migliori variabili di processo saper scegliere i trattamenti termici sui materiali metallici
presenting the basics of the finite element method, its application to stress analysis and the numerical methods used in injection process simulation. knowing the main rules of the injection moulding process design and to be able to apply them in the solution of problems or inconveniences related to the process ability to apply the simulation code ability to choose the best process variables thermal treatments on metal parts
Concetti fondamentali di meccanica strutturale: tensioni e deformazioni, stati notevoli di sollecitazione (trazione, flessione, taglio e torsione) Conoscenza dei principi dello stampaggio a iniezione e reologia dei polimeri Conoscenza delle caratteristiche meccaniche e chimico-fisiche dei materiali metallici e delle loro leghe
Basic concepts of structural mechanics: stresses and strains, fundamental states of stress (tensile, bending, shear and torsion) Knowledge of injection moulding principles and polymer rheology Knowledge of the mechanical and chemical-physical characteristics of metallic materials and their alloys
Nella prima parte del corso verranno svolte lezioni ed esercitazioni con lo scopo, partendo dai concetti fondamentali di meccanica strutturale (visti nella laurea triennale), di fornire le basi del metodo degli elementi finiti per la modellazione del comportamento meccanico in condizioni statiche. Lezioni • Richiami di meccanica dei solidi continui: stato di tensione e deformazione, equilibrio e compatibilità, legge costitutiva, condizioni di cedimento fragile e duttile. • Formulazione matriciale degli elementi asta e trave: vettori spostamenti e forze nodali, matrice di rigidezza dell’elemento, vettori dei carichi nodali equivalenti. • Matrice di rigidezza della struttura, gradi di libertà elemento e gradi di libertà struttura, assemblaggio, applicazione di carichi e vincoli, procedura di soluzione del sistema di equazioni. • Elementi finiti continui nel piano: coordinate naturali e funzioni di forma; integrazione numerica, calcolo della matrice di rigidezza mediante equazione dei lavori virtuali; elementi a tre e quattro lati, lineari e quadratici; carichi nodali equivalenti. • Principi di modellazione: errore di discretizzazione, convergenza, raffinamento della mesh. • Cenni su elementi finiti nello spazio: elementi continui tetraedro e “brick”; elementi piastra e guscio. Esercitazioni • In aula - Soluzione manuale di semplici strutture formate da elementi travi e aste • Al computer - Introduzione all’uso di un codice di calcolo FEM strutturale: procedure di costruzione del modello, soluzione di esempi di difficoltà crescente, presentazione grafica dei risultati con linee di livello (contour) e grafici cartesiani Nella seconda parte, relativa alla simulazione del processo di stampaggio a iniezione di materiali polimerici, verranno svolte esercitazioni presso i LAIB relativi a: - Richiami di reologia e analisi del flusso del polimero nel processo di stampaggio a iniezione - Presentazione della simulazione del processo con il software Moldex3D - Presentazione dell'interfaccia utente e dei principali comandi - Messa a punto della fase di stampaggio con determinazione del punto di iniezione, sistema di raffreddamento, scelta del materiale e delle variabili di processo (temperatura fuso, temperatura stampo, tempo e pressione di mantenimento) - Analisi del risultato delle simulazioni Nella terza parte verranno svolte esercitazioni presso i LAIB relativi al tema della simulazione dei fenomeni di scambio termico in manufatti e processi industriali legati ai materiali metallici. - Brevi richiami dei concetti legati alla fisica del trasferimento di calore. - Introduzione ai software utilizzati, tra cui principalmente software di tipo open source. - Presentazione interfaccia utilizzo (GUI), preparazione geometrie e mesh. - Definizione del modello per alcuni casi studio (materiali, condizioni di processo, …) - Risoluzione dei casi studio e analisi dei risultati.
In the first part of the course lessons and tutorials will be carried out with the aim, starting from the fundamental concepts of structural mechanics (seen in the Bachelor's degree), to provide the basis of the finite element method for the modelling of mechanical behaviour under static conditions. Lessons - Recalls of continuum mechanics of solids: state of stress and strain, equilibrium and compatibility, constitutive law, brittle and ductile failure conditions. (4,5h) - Matrix formulation of rod and beam elements: displacement vectors and nodal forces, element stiffness matrix, vectors of equivalent nodal loads. (6h) - Matrix of stiffness of the structure, element degrees of freedom and structure degrees of freedom, assembly, application of loads and constraints, procedure for solving the equation set. (3h) - Continuum finite elements in the plane: natural coordinates and shape functions; numerical integration, stiffness matrix calculation using virtual work equation; three- and four-sided elements, linear and quadratic; equivalent nodal loads. (6h) - Modeling principles: discretization error, convergence, mesh refining. (1,5h) - Hints about finite elements in space: continuous tetrahedron and "brick" elements; plate and shell elements. (3h) Exercises - In the classroom - Manual solution of simple structures formed by beams and rods (6h) - At the computer - Introduction to the use of a structural FEM code: model building procedures, solution of examples of increasing difficulty, graphical presentation of results with contour lines and Cartesian graphs (9h) In the second part, concerning the simulation of the injection moulding process of polymeric materials, exercises will be carried out at the LAIB related to: - Rheology and polymer flow analysis in the injection moulding process - Presentation of process simulation with Moldex3D software - Presentation of the user interface and main commands - Development of the moulding phase with determination of the injection point, cooling system, choice of material and process variables (melt temperature, mould temperature, time and holding pressure). - Analysis of simulation results In the third part, exercises will be carried out at the LAIB on the theme of simulation of heat exchange phenomena in manufactured products and industrial processes related to metallic materials. - Brief references to concepts related to the physics of heat transfer. - Introduction to the software used, including mainly open source software. - Presentation of user interface (GUI), geometry and mesh preparation. - Definition of the model for some case studies (materials, process conditions, ...). - Resolution of case studies and analysis of results.
L'insegnamento prevede lezioni frontali in aula e circa 50 ore di esercitazioni in laboratorio (singoli o in piccoli gruppi)
The teaching includes frontal lessons in the classroom and about 40 hours of exercises in the laboratory (single or in small groups).
Registrazione delle lezioni Slide in pdf Tutorials per i software di simulazione Elementi finiti, A. Gugliotta, Editrice Otto (testo "open" disponibile sul portale della didattica) Manuale dello stampaggio progettato, G. Bertacchi Ed. tecniche Nuove Molding Simulation: Theory and Practice, Maw-Ling Wang, Rong-Yeu Chang, and Chia-Hsiang (David) Hsu, Ed. Hanser Publications
Lesson recording Slides in pdf Tutorials for simulation software Finite Elements, A. Gugliotta, Editrice Otto ("open" text available on the teaching portal) Manual of the designed moulding, G. Bertacchi Ed. tecniche Nuove Molding Simulation: Theory and Practice, Maw-Ling Wang, Rong-Yeu Chang, and Chia-Hsiang (David) Hsu, Ed. Hanser Publications
Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale obbligatoria; Elaborato progettuale in gruppo;
Exam: Written test; Compulsory oral exam; Group project;
L'esame consiste di: - Elaborato progettuale relativo alla parte FEM (max 4/30); - Elaborato progettuale relativo alla parte di simulazione dello stampaggio ad iniezione (max 4/30); - Elaborato progettuale relativo alla simulazione dei trattamenti termici (max 4/30); - Prova scritta parte FEM costituita da un esercizio di calcolo matriciale di strutture e da due quesiti di teoria a risposta aperta (9/30); - Prova orale relativa a simulazione dello stampaggio ad iniezione e dei trattamenti termici (9/30). Un punto supplementare è riservato alla particolare completezza degli elaborati, della parte scritta e/o orale e permette di ottenere la lode.
Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.
Exam: Written test; Compulsory oral exam; Group project;
Prerequisito per accedere all'esame è la consegna dei progetti di gruppo relativi alle simulazioni. (valutazione 40% dell'esame) L'esame consiste in una prova scritta (valutazione 30% dell'esame) della durata di 2 ore relativa al calcolo matriciale di strutture a cui seguirà un colloquio con i docenti del corso (valutazione 30% dell'esame) per accertare la comprensione dei metodi di discretizzazione e simulazione, approfondire i progetti di gruppo presentati discutendo le scelte progettuali.
In addition to the message sent by the online system, students with disabilities or Specific Learning Disorders (SLD) are invited to directly inform the professor in charge of the course about the special arrangements for the exam that have been agreed with the Special Needs Unit. The professor has to be informed at least one week before the beginning of the examination session in order to provide students with the most suitable arrangements for each specific type of exam.
Modalità di esame: Prova orale obbligatoria; Prova scritta tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo; Elaborato progettuale in gruppo;
L'esame consiste di: - Elaborato progettuale relativo alla parte FEM (max 4/30); - Elaborato progettuale relativo alla parte di simulazione dello stampaggio ad iniezione (max 4/30); - Elaborato progettuale relativo alla simulazione dei trattamenti termici (max 4/30); - Prova scritta parte FEM costituita da un esercizio di calcolo matriciale di strutture e da due quesiti di teoria a risposta aperta (9/30); - Prova orale relativa a simulazione dello stampaggio ad iniezione e dei trattamenti termici (9/30). Un punto supplementare è riservato alla particolare completezza degli elaborati, della parte scritta e/o orale e permette di ottenere la lode.
Exam: Compulsory oral exam; Computer-based written test using the PoliTo platform; Group project;
Prerequisite for access to the examination is the delivery of group projects related to simulations to evaluate the knowledge of injection molding process and thermal treatments. (40% evaluation of the exam) The exam consists of a written test (30% assessment of the exam) lasting 2 hours relating to the matrix calculation of structures, following which there will be an interview with the teachers of the course (30% assessment of the exam) to ascertain the understanding of the methods of discretization and simulation, deepen the group projects presented by discussing the design choices. During the exam it is forbidden the use of books and notes.
Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale obbligatoria; Prova scritta tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo; Elaborato progettuale in gruppo;
L'esame consiste di: - Elaborato progettuale relativo alla parte FEM (max 4/30); - Elaborato progettuale relativo alla parte di simulazione dello stampaggio ad iniezione (max 4/30); - Elaborato progettuale relativo alla simulazione dei trattamenti termici (max 4/30); - Prova scritta parte FEM costituita da un esercizio di calcolo matriciale di strutture e da due quesiti di teoria a risposta aperta (9/30); - Prova orale relativa a simulazione dello stampaggio ad iniezione e dei trattamenti termici (9/30). Un punto supplementare è riservato alla particolare completezza degli elaborati, della parte scritta e/o orale e permette di ottenere la lode.
Exam: Written test; Compulsory oral exam; Computer-based written test using the PoliTo platform; Group project;
Prerequisite for access to the examination is the delivery of group projects related to simulations to evaluate the knowledge of injection molding process and thermal treatments. (40% evaluation of the exam) The exam consists of a written test (30% assessment of the exam) lasting 2 hours relating to the matrix calculation of structures, following which there will be an interview with the teachers of the course (30% assessment of the exam) to ascertain the understanding of the methods of discretization and simulation, deepen the group projects presented by discussing the design choices. During the exam it is forbidden the use of books and notes.
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