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Politecnico di Torino
Anno Accademico 2012/13
02CFUMZ
Scienza e tecnologia dei materiali compositi
Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Dei Materiali - Torino
Docente Qualifica Settore Lez Es Lab Tut Anni incarico
Badini Claudio Francesco ORARIO RICEVIMENTO     70 15 15 0 14
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/22 10 B - Caratterizzanti Discipline dell'ingegneria
Presentazione
Questo corso completa il panorama delle classi di materiali maggiormente utilizzati nel campo dell'ingegneria, aggiungendosi ai tradizionali materiali metallici, polimerici e ceramici. Poiché i materiali compositi nascono dall'abbinamento di materiali convenzionali, facendo derivare da tale abbinamento effetti sinergici ed un set di proprietà non altrimenti realizzabili, il corso richiama ed utilizza le nozioni fornite nei corsi di base sui materiali convenzionali. Per altro la fase dispersa nella matrice dei compositi sovente presenta caratteristiche e processi di fabbricazione specifiche che sono presentate nella parte iniziale del corso. Successivamente sono introdotte le principali categorie di materiali compositi (a matrice polimerica, metallica e ceramica ) ed i relativi processi di fabbricazione. Sono poste in evidenza le proprietà (caratteristiche meccaniche, termiche, termomeccaniche, elettriche ecc.) di ciascuna classe di materiali compositi e presentati i relativi campi di applicazione.
I materiali compositi sono caratterizzati dal possedere proprietà meccaniche, fisiche, chimiche modulabili in funzione delle esigenze primarie della struttura complessiva, offrendo così all'ingegnere diversificate soluzioni progettuali. Il corso propone principi fondamentali e modelli micromeccanici concernenti le principali caratteristiche meccaniche ed i meccanismi di danneggiamento di questi materiali.
Risultati di apprendimento attesi
Conoscenza delle caratteristiche e dei processi produttivi delle classi principali di materiali compositi. Comprensione dei meccanismi che consentono di ottenere proprietà peculiari sulla base della scelta dei componenti del materiale e della sua architettura.
Capacità di progettare un materiale composito di cui siano prefissate (indicando una forcella di valori) le caratteristiche meccaniche e le altre principali proprietà fisiche e chimiche.
Prerequisiti / Conoscenze pregresse
Chimica, fisica, fondamenti di meccanica, elementi di matematica. Conoscenze di base su materiali metallici, polimerici e ceramici.
Programma
Generalità e peculiarità dei materiali compositi. Tecnologie produttive, settori di utilizzo e proprietà fisiche, chimiche e meccaniche di: fibre sintetiche organiche e inorganiche, particelle, whiskers e fibre corte. Compositi a matrice polimerica, metallica e ceramica. Compositi in situ. Interfacce: descrizione e loro ruolo nel determinare le proprietà dei materiali compositi.
Comportamento elastico di compositi con rinforzante continuo: Leggi di Voigt e Reuss. Utilizzo della regola delle miscele per la previsione di altre proprietà fisiche. Equazioni di Tsai Halpin. Modello 'Shear Leg' di Cox. Effetto del rapporto di forma del rinforzante e suo valore critico. Dipendenza della rigidità dalla direzione per singole lamine di composito e laminati. Tensioni residue nei compositi. Resistenza delle fibre: approccio statistico, funzioni di Weibull. Resistenza di fibre multifilamento. Dipendenza della resistenza dalla lunghezza delle fibre. Modelli micromeccanici di resistenza di lamine e laminati in materiale composito con fibre continue. Criteri di frattura. Metodi sperimentali di misura della resistenza di interfacce. Resistenza di compositi con rinforzante discontinuo: modello 'Shear Leg' modificato, modello di Arsenault e Shi (per MMCs). Cause ambientali di degrado di compositi a matrice polimerica, metallica e ceramica. Creep di materiali compositi, resistenza alla corrosione di MMCs. Cause di degrado delle interfacce matrice/rinforzante. Tenacità di compositi: interazione tra cricca e fibra e relativo lavoro di debonding, post-debonding e pull-out. Meccanismi di tenacizzazione in compositi con rinforzante discontinuo e matrice ceramica. Comportamento a fatica di compositi a matrice polimerica, metallica e ceramica.
Organizzazione dell'insegnamento
Misura della resistenza a trazione di fibre continue. Metodi di misura di proprietà meccaniche di compositi a matrice polimerica, metallica e ceramica: resistenza a trazione, compressione e flessione, tenacità, durezza. Controlli non distruttivi su materiali compositi (ultrasuoni, radiografia ecc.).
Misura sperimentale di resistenza a trazione, resilienza, modulo elastico di compositi.
Caratterizzazione microstrutturale di compositi con tecniche microscopiche.
Utilizzo delle carte dei materiali e del relativo software dedicato alla selezione dei materiali compositi più idonei alla soluzione di specifici problemi applicativi.
Utilizzo di semplici modelli di calcolo per la previsione del comportamento di materiali compositi.
Testi richiesti o raccomandati: letture, dispense, altro materiale didattico
Testo di riferimento per il corso:
a) C. Badini , Materiali Compositi per l'Ingegneria 2° Ed, Celid, Torino 2008;

Per approfondimenti:
b) F.L. Matthews, R.D. Rawlings, Composite Materials: Engineering and Science, Chapman & Hall, Londra 1994;
c) B. Harris, Engineering Composite Materials, IOM Communication Ltd (London), The University Press, Cambridge 1999
Criteri, regole e procedure per l'esame
Esame individuale scritto e/o orale.
Orario delle lezioni
Statistiche superamento esami

Programma definitivo per l'A.A.2012/13
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