Scopo dell'insegnamento è di fornire all'ingegnere chimico, benché questi non sia uno specialista del calcolo strutturale, gli elementi per comprendere le problematiche di questo settore e interagire con i progettisti delle apparecchiature. Considerando i principali meccanismi di cedimento dei materiali - sovraccarico statico, scorrimento viscoso, propagazione di cricca, fatica - viene presentato il calcolo di resistenza dei componenti meccanici fondamentali, dei collegamenti (saldati e bullonati) e dei recipienti in pressione.

Conoscenze
Meccanica dei continui solidi: proprietà dello stato di tensione e deformazione, elasticità.
Cedimento dei materiali sotto sollecitazione monotona (comportamento fragile o duttile, scorrimento viscoso) o ciclica (fatica).
Conoscenze fondamentali di meccanica della frattura: cricca, stati di tensione presso l’apice, propagazione.
Comportamento dei collegamenti filettati: caratteristiche, risposta al carico.
Comportamento dei collegamenti saldati: tipi di saldature, cedimento.

Abilità
Comprendere ed eseguire verifiche statiche di componenti strutturali semplici.
Comprendere ed eseguire verifiche a fatica di componenti strutturali semplici.
Verificare un collegamento filettato o saldato.
Progettare/verificare rispetto alla resistenza strutturale un recipiente a parete sottile o spessa.

Principi fondamentali della statica (equilibrio, diagramma di corpo libero), della cinematica (moto dei corpi rigidi) e degli stati fondamentali di sollecitazione (trazione, flessione, torsione).

1 Richiami e integrazioni delle conoscenze sullo stato di tensione e deformazione (9 ore). Lezioni: proprietà dei tensori di tensione e deformazione, cerchi di Mohr, equilibrio indefinito, compatibilità, elasticità. Esercitazioni: calcoli su tensioni e deformazioni.
2. Cedimento sotto carico costante (6 ore). Lezioni: tensioni ideali per materiali fragili e duttili, scorrimento viscoso ad alta temperatura, propagazione instabile della cricca, coefficienti di sicurezza. Esercitazioni: calcoli di resistenza statica.
3. Cedimento sotto carico ciclico (8 ore). Lezioni: nucleazione e propagazione della cricca, diagrammi di fatica (Wöhler, Haigh), fattori influenzanti la resistenza, danno cumulativo, cenni su fatica multiassiale e oligociclica. Esercitazioni: calcoli di resistenza a fatica.
4. Collegamenti filettati (6 ore). Lezioni: geometria, materiali, ripartizione dello sforzo tra le spire, sollecitazioni al serraggio, comportamento sotto carico statico e a fatica, guarnizioni. Esercitazioni: calcoli su collegamenti filettati.
5. Collegamenti saldati (5 ore). Lezioni: tipi di giunti, procedimenti di saldatura e difetti, stato tensionale nei giunti di testa e a cordone d'angolo, comportamento a fatica. Esercitazioni: calcoli sulla resistenza a fatica di giunti saldati.
6. Recipienti sottili (14 ore). Lezioni: comportamento membranale dei gusci assialsimmetrici, cenni sull'instabilità dei cilindri soggetti a pressione esterna e sui fondi piani, effetto di bordo. Esercitazioni: calcoli sulla resistenza di recipienti a parete sottile.
7. Recipienti spessi (8 ore). Lezioni: teoria dei cilindri spessi, sollecitazioni dovute a pressione e temperatura, soluzioni costruttive per alte pressioni (forzamento, autofrettaggio). Esercitazioni: calcoli sulla resistenza di cilindri a parete spessa.
8. Regolamentazione dei recipienti (4 ore). Lezioni: quadro normativo italiano, direttiva europea PED sulle attrezzature a pressione, norma armonizzata EN 13445. Esercitazioni: progetto strutturale di uno scambiatore di calore a tubi.

L’insegnamento è organizzato in lezioni e esercitazioni. Le lezioni sono dedicate alla presentazione dei fondamenti teorici degli argomenti; le esercitazioni comprendono la risoluzione di problemi relativi agli argomenti delle lezioni e la risposta a quesiti di approfondimento. Lezioni ed esercitazioni sono normalmente svolte alla lavagna, l’uso delle proiezioni (slides) è limitato a necessità particolari.

L. Goglio: “Resistenza dei materiali e dei collegamenti”, Levrotto & Bella, Torino, 2a edizione (2015).

Materiale scaricabile dal portale:
Dispensa (copre tutti gli argomenti dell’insegnamento).
Slides (anche se utilizzate solo parzialmente per le lezioni sono disponibili per la maggior parte degli argomenti).
Schede di esercitazione.

L’esame si articola in una prova scritta e una orale, entrambe obbligatorie. La prova scritta comprende la risposta a quesiti teorici e la soluzione di esercizi di tipo applicativo (per la soluzione degli esercizi è ammessa la consultazione di testi o appunti stampati); viene valutata secondo 4 fasce di merito da A (ottimo) a D (sufficiente), o insufficiente. La prova orale (a cui si accede con una prova scritta almeno sufficiente) consiste in un colloquio sugli argomenti a programma, volto ad accertare la comprensione dei fenomeni fisici coinvolti e dei metodi di calcolo, e una domanda sul progetto assegnato.
Le conoscenze sono valutate in base alle risposte fornite, le abilità in base alla capacità di risolvere i problemi posti.