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.

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

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

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.

L'insegnamento prevede lezioni frontali in aula e circa 50 ore di esercitazioni in laboratorio (singoli o in piccoli gruppi)

Registrazione delle lezioni Slide in pdf Tutorials per i software di simulazione Elementi finiti, A. Gugliotta, A. Somà, N. Zampieri, Quine The finite element method in solid mechanics, M. Bonnet, A. Frangi, C. Rey, McGraw -Hill 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

Slides; Esercizi; Esercitazioni di laboratorio; Strumenti di simulazione;

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.