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, con maggiore approfondimento, dei recipienti soggetti a 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). Principi 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. Comportamento dei recipiente a guscio a parete sottile soggetto a pressione interna o esterna. Comportamento dei recipiente cilindrico spesso soggetto a pressione interna o esterna e campo di temperatura. 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 (7,5 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 (7,5 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 (4,5 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 (13,5 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. Regolamentazione dei recipienti (4,5 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 fascio tubiero. 8. Recipienti spessi (10,5 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.

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 adottato quando vi è la necessità di mostrare figure, grafici, ecc.

L. Goglio: “Resistenza dei materiali e dei collegamenti”, Levrotto & Bella, Torino, 2a edizione, 2015 (copre gli argomenti della prima parte dell’insegnamento). Materiale scaricabile dal portale: Dispensa sui recipienti (copre gli argomenti della seconda parte dell’insegnamento). Slides (argomenti della prima parte dell’insegnamento). Schede di esercitazione.

Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale facoltativa; Elaborato progettuale individuale;

Exam: Written test; Optional oral exam; Individual project;

... L’esame si articola in una prova scritta e una orale, la prima obbligatoria e la seconda facoltativa. La prova scritta comprende la risposta a quesiti teorici (tempo a disposizione: 1/2 ora) e la soluzione di esercizi di tipo applicativo (tempo a disposizione: 2 ore). Per la soluzione degli esercizi è ammessa la consultazione di testi o appunti cartacei. In caso di rinuncia a sostenere la prova orale il voto finale viene scalato a un massimo di 24/30. La prova orale facoltativa (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. Le conoscenze sono valutate in base alle risposte fornite, le abilità in base alla capacità di risolvere i problemi posti.

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.