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PORTALE DELLA DIDATTICA

Science and technology of materials

18CFRLS, 18CFRMA, 18CFRMC, 18CFRMH, 18CFRMK, 18CFRMO, 18CFROD

A.A. 2020/21

Course Language

Italian

Course degree

1st degree and Bachelor-level of the Bologna process in Ingegneria Dei Materiali - Torino
1st degree and Bachelor-level of the Bologna process in Ingegneria Biomedica - Torino
1st degree and Bachelor-level of the Bologna process in Ingegneria Civile - Torino
1st degree and Bachelor-level of the Bologna process in Ingegneria Edile - Torino
1st degree and Bachelor-level of the Bologna process in Ingegneria Energetica - Torino
1st degree and Bachelor-level of the Bologna process in Ingegneria Per L'Ambiente E Il Territorio - Torino
1st degree and Bachelor-level of the Bologna process in Ingegneria Fisica - Torino

Course structure
Teaching Hours
Lezioni 60
Teachers
Teacher Status SSD h.Les h.Ex h.Lab h.Tut Years teaching
Messori Massimo   Professore Ordinario ING-IND/22 15 0 0 0 3
Teaching assistant
Espandi

Context
SSD CFU Activities Area context
ING-IND/22 6 B - Caratterizzanti Ingegneria chimica
Valutazione CPD 2020/21
2020/21
I materiali rivestono un ruolo di grande rilievo in diversi ambiti applicativi, dall'automotive, all'aerospaziale, al civile, all'energetico. Il corso di Scienza e Tecnologia dei Materiali si propone di fornire una cultura ingegneristica di base sui materiali, con particolare enfasi alle correlazioni esistenti tra struttura, microstruttura e prestazione del materiale, sottolineando quindi le potenzialità di progettazione con materiali tradizionali e innovativi, attraverso un controllo delle loro caratteristiche microstrutturali. La trattazione è pertanto finalizzata alla comprensione di come le proprietà di un materiale possano significativamente condizionare la fase di scelta, nell'ambito del processo progettuale di un sistema complesso. Accanto agli approfondimenti teorici, si dedica spazio ad esempi illustrativi che consentano allo studente di riflettere su come tali proprietà costituiscano una informazione indispensabile per l'adozione di una corretta procedura di selezione e progettazione, anche in considerazione delle modalità disponibili per la loro modifica: particolare enfasi è quindi posta sui concetti tipici della tecnologia dei materiali, di spiccata utilità ingegneristica, mantenendo un legame logico ed esplicativo con gli aspetti di base della scienza dei materiali.
Materials play a crucial role in different application fields, such ad automotive, aerospace, civil Engineering, Energy. The Materials Science and Technology course is aimed to supply the student with an engineering background on materials, emphasizing the relationships among materials structure, microstructure and performances and, as a consequence, the potentialities of engineering design able to exploit traditional and innovative materials through the tailoring of their microstructure. A deep understanding of the property-limited selection and design is therefore the main objective of this course. Further to the analysis of the science scientific approach that lies behind, some specific case studies will be exploited to allow the student to understand how properties can affect materials selection and processing. In this way, science-led and design-led approaches to materials teaching will be synergically combined to offer the information that will be needed to achieve a deep knowledge and to enable a successful material selection.
L'insegnamento si propone l'obiettivo generale di fornire allo studente una formazione di base sui materiali capace di coniugare sinergicamente aspetti scientifici ad aspetti tecnologici, fornendo linee-guida per la traduzione di conoscenze di base in strumenti sfruttabili nella progettazione. Quindi al termine dell'insegnamento si chiederà allo studente di: - conoscere la dipendenza delle proprietà macroscopiche dei materiali da aspetti di livello atomico e microstrutturale; - conoscere la possibilità di applicare queste conoscenze di base al controllo delle proprietà del materiale, per rendere più adatte alla specifica applicazione; - conoscere come arrivare a selezionare i materiali in modo che essi rispondano adeguatamente ai requisiti di progetto; - sviluppare un approccio confidente ai materiali; - conoscere la terminologia internazionale, in particolare quella inglese.
The main aim is to supply the student with a robust background on materials, able to couple scientific and technological knowledge in a synergic way, providing general guidelines for translating scientific knowledge into technological tools for engineering design. The student should then: - know the chemical and atomic nature of the materials and the strong dependence of the macroscopic features and properties from it; - know how to exploit this scientific background in controlling the material properties up to the tailoring of material features for a specific application; - know how to select materials for matching design requirements; - be able to develop a confident approach to materials; - know a basic English vocabulary on Materials Science and Technology.
Lo studente deve acquisire e possedere una cultura scientifica solida, con particolare riferimento a conoscenze di base nel settore della Chimica e della Fisica.
he student is required to have a robust, basic knowledge on Chemistry and Physics.
Introduzione ai materiali; classificazione dei materiali e dei relativi processi; interazione processo-proprietà. L'approccio strategico: coniugare materiali e progetto. Cenni alla struttura dei solidi e richiami all'energia di coesione. La densità dei materiali. Sollecitazioni; modalità di carico. Le deformazioni. La legge di Hooke e il modulo di Young. Le curve sforzo-deformazione. La dipendenza del modulo elastico da caratteristiche atomiche. Soluzioni consolidate alla progettazione in campo elastico. Introduzione alle proprietà specifiche e al progetto in leggerezza. Definizione dei parametri di resistenza. Energia di deformazione plastica e duttilità. I difetti nei cristalli: dislocazioni e deformazione plastica. Deformabilità plastica nei polimeri. Cenno a meccanismi di rafforzamento, con riferimento a metalli e polimeri. Le prove meccaniche sui materiali: valutazione sperimentale delle principali proprietà meccaniche. Le Normative di riferimento. (h.30) Diagrammi di stato e cristallografia: esempi ed esercizi. (h.9) La tenacità dei materiali. Prove per la valutazione sperimentale della tenacità. La teoria di Griffith e la concentrazione di sollecitazione: tenacità a frattura. La ricerca del compromesso resistenza-tenacità: metalli, polimeri e compositi. La fatica nei materiali: carichi ciclici, danneggiamento, rottura a fatica. Materiali con e senza limite a fatica. Come migliorare la resistenza a fatica. (h.9) Le proprietà termiche dei materiali: definizione e metodi di misura. Espansione termica e conduttività termica: fenomeni atomici che presiedono al comportamento termico. Come modificare le proprietà termiche. Come progettare sfruttando le proprietà termiche: sensori e attuatori termici; scambiatori di calore; l'isolamento termico; gli ammortizzatori termici. L'impiego dei materiali in temperatura: temperature di esercizio minima e massima. Lo scorrimento viscoso. Prove e curve di creep. Danneggiamento e rottura da creep. La diffusione nei solidi e il suo ruolo nei meccanismi di creep. (h.6) Le proprietà elettriche: definizione e metodi di misura. Materiali conduttori, isolanti e dielettrici. Le proprietà magnetiche: definizione e metodi di misura. Le origini e la manipolazione delle proprietà magnetiche. (h.6)
Introduction to materials classes and processes. Process-property interaction. Strategic thinking: matching materials to design. Structure of solids. Density. Stresses and loading modes. Strains. Hooke¿s law and Young¿s modulus. Stress-strain curves. Solutions for elastic design. Specific properties: how to minimize weight. Strength, plastic deformation work and ductility. Defects in crystals: dislocations and plastic deformation. Plasticity in polymers. Introduction to the strengthening mechanisms. Manipulating mechanical properties. Mechanical testing of materials and their Standards and tests. (30 h) Phase diagrams and crystappography: examples and exercises. (9 h) Fracture and toughness. Introduction to the mechanics of fracture. Griffith¿s theory and stress concentration: fracture toughness. Strength-toughness trade-off: metals, polymers, composites. Fatigue: cyclic loading, damage and cracking. Endurance limit. How to improve fatigue resistance. Tribological properties: friction and wear. How to manage friction and wear, lubrication. (9 h) Thermal properties: thermal expansion, thermal conductivity. Manipulating thermal properties. Design to exploit thermal properties: sensors and actuators, heat exchangers, thermal insulators, thermal buffers. How to use materials at high temperature. Creep: curves and tests. Creep damage and fracture. (h.6) Electric properties. Conductors, insulators, dielectrics. Magnetic properties. (h.6)
l corso teorico si avvale di una serie di esercitazioni contenute in un laboratorio virtuale, fruibile on-line all'indirizzo http://didattica.polito.it/pls/portal30/docs/FOLDER/AREA_DOCENTE/SITO_VIRTLAB/INDEX.HTM.
A virtual laboratory is available, as a support to the theory, on the Portale della Didattica: http://didattica.polito.it/pls/portal30/docs/FOLDER/AREA_DOCENTE/SITO_VIRTLAB/INDEX.HTM.
L'apprendimento è basato sugli appunti delle lezioni. Libri di testo consigliati: La scelta dei Materiali nella progettazione industriale, di Micheal F. Ashby, G. Poli Materiali. Dalla scienza alla progettazione ingegneristici¿ Casa Editrice Ambrosiana (2009); M. Ashby, H. Shercliff, D. Cebon, Edizione italiana a cura di Laura Montanaro, MariaPia Pedeferri, Teodoro Valente. Materiali. Dalla scienza alla progettazione di Micheal F. Ashby, Hugh Shercliff, David Cebon, T. Valente, L. Montanaro, M. P. Pedeferri
La scelta dei Materiali nella progettazione industriale, di Micheal F. Ashby, G. Poli Materiali. Dalla scienza alla progettazione ingegneristici¿ Casa Editrice Ambrosiana (2009); M. Ashby, H. Shercliff, D. Cebon, Edizione italiana a cura di Laura Montanaro, MariaPia Pedeferri, Teodoro Valente. Materiali. Dalla scienza alla progettazione di Micheal F. Ashby, Hugh Shercliff, David Cebon, T. Valente, L. Montanaro, M. P. Pedeferri
Modalità di esame: Prova orale obbligatoria;
L’esame verterà su tutti gli argomenti trattati a lezione e descritti nell’apposita sezione. La prova orale sarà valutata positiva con una votazione superiore a 18/30, con una votazione massima raggiungibile fino a 30L.
Exam: Compulsory oral exam;
The exam consists in questions on topics presented, as described in the "Course topics" section. The oral examination can be considered sufficient with a total score of 18/30 and the maximum score is 30L.
Modalità di esame: Prova orale obbligatoria;
L’esame verterà su tutti gli argomenti trattati a lezione e descritti nell’apposita sezione. La prova orale sarà valutata positiva con una votazione superiore a 18/30, con una votazione massima raggiungibile fino a 30L.
Exam: Compulsory oral exam;
The exam consists in questions on topics presented, as described in the "Course topics" section. The oral examination can be considered sufficient with a total score of 18/30 and the maximum score is 30L.
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