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SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI
(obiettivi)
OBIETTIVI FORMATIVI:
L'’insegnamento si propone di fornire agli studenti i concetti fondamentali della Scienza e Tecnologia dei Materiali. L'approccio seguito prevede in particolare di elaborare la correlazione tra la struttura, proprietà (chimiche, fisiche e meccaniche) e tecnologie di fabbricazione delle diverse classi di materiali Scopo dell’'insegnamento è fornire un modulo didattico orientato a saper valutare, nel futuro, nuove tecnologie di fabbricazione e materiali di nuova concezione.
CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE:
Si richiede allo studente di saper comprendere il linguaggio tecnico-scientifico della Scienza e Tecnologia dei Materiali di un libro testo, un articolo, una nota tecnica oppure la scheda tecnica di un prodotto.
CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE:
Si richiede allo studente di applicare i contenuti spiegati durante le ore di lezione a problemi numerici esemplificativi incentrati sulla struttura e sulle proprietà dei materiali
AUTONOMIA DI GIUDIZIO:
Sulla base dei contenuti multidisciplinari spiegati nelle ore di lezione frontale, si richiede allo studente (i) di saper classificare materiali e nanomateriali convenzionali ed innovativi sulla base della provenienza, della struttura, e delle proprietà, (ii) conoscere le principali proprietà chimiche, fisiche e meccaniche dei materiali e le principali tecniche d'indagine, (iii) conoscere le principali tecniche di fabbricazione dei materiali ed infine (iv) saper integrare e correlare le conoscenze acquisite in modo da sviluppare un valido, sensibile e fruibile strumento formativo interdisciplinare.
ABILITÀ COMUNICATIVE:
Si richiede allo studente di saper fornire esempi di materiali appartenenti alle diverse classi, delle loro proprietà chimiche, fisiche, meccaniche e tecnologiche utilizzando un linguaggio scientifico rigoroso.
CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO:
Si richiede allo studente di saper correlare gli argomenti trattati al fine di acquisire solide basi su cui innestare i contenuti dei successi corsi avanzati nell'ambito della Scienza e tecnologia dei Materiali previsti, eventualmente, nel CdLM precelto.
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BIANCO ALESSANDRA
( programma)
Definizioni e classificazioni: materiali, nanomateriali, processi; Legami primari e secondari nei materiali; Materiali cristallini, amorfi e semicristallini;Definizione di cella elementare, indici cristallografici di posizione e direzione,indici di Miller;Metalli: struttura CFC, CCC, EC; leghe e soluzioni solide; Ceramici: solidi ionici, ionico-covalenti, covalenti; posizioni reticolari, ottaedriche e tetraedriche in celle elementari cubiche, Difetti 0D, 1D, 2D e 3D;
Diagrammi di stato binari con trasformazioni invarianti (eutettico, eutettoide, peritettico, monotettico); Conducibilità elettrica e termica, teoria della bande (cenni); Acciai e ghise: definizioni, diagramma di stato Fe-C (fasi, trasformazioni invarianti, costituenti microstrutturali); Trattamenti termici; TTT and CCC curves; Classificazione e nomenclatura degli acciai; Materiali ceramici : classificazione, materiali ceramici avanzati, struttura, microstruttura, diagrammi di stato, proprietà meccaniche, processo ceramico; Polimeri:classificazioni, reazioni di polimerizzazione, termoplastici e termoindurenti, amorfi e semi-cristallini, ramificazioni, reticolazioni e cross-linking, peso molecolare medio, temperatura di transizione vetrosa e temperatura di fusione. Materiali compositi: definizione, classificazione,struttura,materiali comuni per matrice e rinforzo; Prove meccaniche: trazione, compressione, durezza, resilienza, fatica, scorrimento viscoso (creep), rilassamento degli sforzi; Tecnologie di formatura primaria per metalli, ceramici e polimeri:modalità operativa, principi e caratteristiche dei prodotti ottenuti; Selezione di materiali in alcuni casi semplici applicativi mediante mappe a bolle.
Lezioni monografiche incentrate su materiali e/o processi innovativi.
 W. D. Callister, D. G. Rethwisch - Edises - Materiali per l'Ingegneria Civile ed Industriale
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ING-IND/22
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Attività formative caratterizzanti
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ITA |
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MECCANICA DEI SISTEMI BIOLOGICI
(obiettivi)
OBIETTIVI FORMATIVI:
Il corso si propone di fornire allo studente i principi di base della meccanica dei sistemi biologici. Inoltre, il corso fornisce gli strumenti teorici, analitici e numerici per la comprensione e la simulazione della meccanica dei solidi e dei fluidi biologici.
CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE:
Gli studenti dovranno avere compreso i fenomeni che regolano la meccanica dei solidi e dei fluidi biologici. Dimostreranno inoltre di aver acquisito le metodologie modellistiche e numeriche per lo studio della meccanica sistemi biologici.
CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE:
Gli studenti dovranno essere in grado di applicare strumenti modellistici e numerici per la soluzione di problemi inerenti la meccanica dei sistemi biologici. Avranno inoltre sviluppato capacità di analisi quantitativa di dati e funzioni.
AUTONOMIA DI GIUDIZIO:
Gli studenti dovranno avere la capacità di integrare le conoscenze fornite con quelle acquisite nei corsi precedenti e selezionare correttamente le più opportune opzioni analitiche e progettuali per affrontare le problematiche proposte.
ABILITÀ COMUNICATIVE:
Gli studenti dovranno essere in grado di illustrare in modo sintetico ed analitico sia le tematiche di base che quelle professionalizzanti oggetto del corso. Dovranno inoltre essere in grado di discutere alcuni semplici elaborati numerici.
CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO:
Gli studenti dovranno essere in grado di comprendere gli argomenti presentati a lezione. Dovranno inoltre saper leggere e comprendere testi, dispense, e semplici codici in linguaggio Matlab.
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VERZICCO ROBERTO
( programma)
I) ANALISI NUMERICA
APPROSSIMAZIONE DI DATI E FUNZIONI. Interpolazione polinomiale: esistenza e unicità del polinomio interpolante, polinomi di Lagrange, differenze divise di Newton, polinomi di Hermite, splines; fenomeno di Runge, nodi di Chebyshev, interpolazione composita, errore di interpolazione, diagramma logaritmico dell’errore, condizionamento del polinomio interpolante; interpolazione trigonometrica ed FFT; interpolazione razionale fratta; interpolazione bidimensionale su partizioni in triangoli e rettangoli; approssimazione nel senso dei minimi quadrati.
INTEGRAZIONE E DERIVAZIONE NUMERICA. Formule di quadratura: formula di Archimede, formule di Newton-Côtes, formule di Gauss, formule composite, grado di precisione, errore di integrazione; formule di derivazione numerica e soluzione numerica di equazioni differenziali ordinarie, metodi espliciti ed impliciti, esempi (theta-metodi e metodo di Heun), convergenza, zero-stabilità e assoluta stabilità (cenni).
SISTEMI LINEARI. Condizionamento e sensibilità agli errori; norme matriciali e raggio spettrale; metodi diretti: eliminazione di Gauss e Gauss-Jordan; metodi iterativi: convergenza, metodi di Jacobi, di Gauss-Seidel e di rilassamento, criteri d’arresto (cenni); costo computazionale; comparazione tra i metodi di soluzione.
EQUAZIONI E SISTEMI NON LINEARI. Equazione non lineare singola: metodo di dimezzamento, regula falsi, metodo di Newton, metodi di punto fisso. Sistemi di equazioni non lineari: metodo di Newton-Raphson. Problemi di ottimizzazione: il caso del funzionale quadratico.
II) SOLUZIONE di PROBLEMI ALLE DERIVATE PARZIALI
METODI DI DISCRETIZZAIZONE (ELEMENTI FINITI). Introduzione; metodi di Ritz e Galerkin; elementi finiti monodimensionali, triangolari, quadrilateri e tetraedrici; elementi di ordine superiore; funzioni caratteristiche; elementi di riferimento e mappa isoparametrica; matrice di rigidezza e vettore dei carichi; imposizione delle condizioni al contorno; assemblaggio; esempi 1D e 2D; applicazione al problema elastico lineare; problemi di diffusione-convezione-reazione; diffusione non-stazionaria; trave di Eulero-Bernoulli; implementazione (cenni).
III) MECCANICA
MATERIALI E STRUTTURE NON OMOGENEE. Esempi di materiali non omogenei; micro-scala e macro-scala; omogeneizzazione: costanti elastiche omogeneizzate, compositi statisticamente omogenei, elemento rappresentativo di volume, regola delle miscele, tensori di localizzazione, stime di Voigt e Reuss, Eshelby, teoremi di Hill, metodo di Hill e Mandel. Simmetrie materiali e relative equazioni costitutive elastiche lineari (materiali monoclini, trasversalmente isotropi, ortotropi, isotropi); esempi di problemi di equilibrio elastico in materiale anisotropo: trave a sforzo normale, a flessione, a torsione; Problemi anisotropi tridimensionali ed elementi finiti. Aspetti caratteristici dei materiali biologici: crescita e rimodellamento del tessuto osseo, caratterizzazione e modellazione di tessuti in fibre collageniche, il caso bidimensionale e la formula di Mariotte, struttura e proprietà dei tessuti arteriosi.
IV) FLUIDODINAMICA
GENERALITÀ SUI FLUIDI: Definizione di fluido, fluidi come sistemi continui, sforzi nei fluidi, viscosità. Grandezze e unità di misura, comprimibilità, equazioni di stato e grandezze termodinamiche.
CINEMATICA DEI FLUIDI: Descrizione Lagrangiana ed Euleriana, derivata materiale. Linee di corrente, traiettorie e `streaklines'.
DINAMICA DEI FLUIDI ED EQUAZIONI DI CONSERVAZIONE: Concetto di sistema e volume di controllo, teorema del trasporto di Reynolds, equazione di conservazione della massa (forma differenziale ed integrale) equazione di bilancio della quantità di moto ed equazione di conservazione dell'energia (forme differenziali ed integrali)
EQUAZIONE DI BERNOULLI: Definizione di vorticità, equazione del trasporto della vorticità, vortex stretching, Equazione di Bernoulli e sue applicazioni. (tubo di Venturi, tubo di Pitot).
STRATO LIMITE: Fenomenologia dello strato limite, equazioni semplificate. Concetto di separazione, perdita di carico.
FORZE FLUIDODINAMICHE E SIMILITUDINI: Forze e coefficienti di forza, resistenza di attrito e di forma, teorema di Buckingham, analisi dimensionale e similitudine dinamica. Perdite di carico concentrate e distribuite.
V) ESERCITAZIONI IN MATLAB
Interpolazione polinomiale e fenomeno di Runge; Interpolazione lineare a tratti e diagramma logaritmico dell’errore; Metodi di integrazione numerica di ODE; Metodo di Newton; Diffusione FEM
Quarteroni, Sacco, Gervasio, Scientific Computing with MATLAB and Octave
Dispense di fluidodinamica: http://www.people.uniroma2.it/roberto.verzicco/fluidodin.html
Altro materiale didattico (fogli di esercizi, codici Matlab, presentazioni PowerPoint, etc…) viene reso disponibile nella sezione Deposito File della pagina web del corso.
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CASELLI FEDERICA
( programma)
I) ANALISI NUMERICA
APPROSSIMAZIONE DI DATI E FUNZIONI. Interpolazione polinomiale: esistenza e unicità del polinomio interpolante, polinomi di Lagrange, differenze divise di Newton, polinomi di Hermite, splines; fenomeno di Runge, nodi di Chebyshev, interpolazione composita, errore di interpolazione, diagramma logaritmico dell’errore, condizionamento del polinomio interpolante; interpolazione trigonometrica ed FFT; interpolazione razionale fratta; interpolazione bidimensionale su partizioni in triangoli e rettangoli; approssimazione nel senso dei minimi quadrati.
INTEGRAZIONE E DERIVAZIONE NUMERICA. Formule di quadratura: formula di Archimede, formule di Newton-Côtes, formule di Gauss, formule composite, grado di precisione, errore di integrazione; formule di derivazione numerica e soluzione numerica di equazioni differenziali ordinarie, metodi espliciti ed impliciti, esempi (theta-metodi e metodo di Heun), convergenza, zero-stabilità e assoluta stabilità (cenni).
SISTEMI LINEARI. Condizionamento e sensibilità agli errori; norme matriciali e raggio spettrale; metodi diretti: eliminazione di Gauss e Gauss-Jordan; metodi iterativi: convergenza, metodi di Jacobi, di Gauss-Seidel e di rilassamento, criteri d’arresto (cenni); costo computazionale; comparazione tra i metodi di soluzione.
EQUAZIONI E SISTEMI NON LINEARI. Equazione non lineare singola: metodo di dimezzamento, regula falsi, metodo di Newton, metodi di punto fisso. Sistemi di equazioni non lineari: metodo di Newton-Raphson. Problemi di ottimizzazione: il caso del funzionale quadratico.
II) SOLUZIONE di PROBLEMI ALLE DERIVATE PARZIALI
METODI DI DISCRETIZZAIZONE (ELEMENTI FINITI). Introduzione; metodi di Ritz e Galerkin; elementi finiti monodimensionali, triangolari, quadrilateri e tetraedrici; elementi di ordine superiore; funzioni caratteristiche; elementi di riferimento e mappa isoparametrica; matrice di rigidezza e vettore dei carichi; imposizione delle condizioni al contorno; assemblaggio; esempi 1D e 2D; applicazione al problema elastico lineare; problemi di diffusione-convezione-reazione; diffusione non-stazionaria; trave di Eulero-Bernoulli; implementazione (cenni).
III) MECCANICA
MATERIALI E STRUTTURE NON OMOGENEE. Esempi di materiali non omogenei; micro-scala e macro-scala; omogeneizzazione: costanti elastiche omogeneizzate, compositi statisticamente omogenei, elemento rappresentativo di volume, regola delle miscele, tensori di localizzazione, stime di Voigt e Reuss, Eshelby, teoremi di Hill, metodo di Hill e Mandel. Simmetrie materiali e relative equazioni costitutive elastiche lineari (materiali monoclini, trasversalmente isotropi, ortotropi, isotropi); esempi di problemi di equilibrio elastico in materiale anisotropo: trave a sforzo normale, a flessione, a torsione; Problemi anisotropi tridimensionali ed elementi finiti. Aspetti caratteristici dei materiali biologici: crescita e rimodellamento del tessuto osseo, caratterizzazione e modellazione di tessuti in fibre collageniche, il caso bidimensionale e la formula di Mariotte, struttura e proprietà dei tessuti arteriosi.
IV) FLUIDODINAMICA
GENERALITÀ SUI FLUIDI: Definizione di fluido, fluidi come sistemi continui, sforzi nei fluidi, viscosità. Grandezze e unità di misura, comprimibilità, equazioni di stato e grandezze termodinamiche.
CINEMATICA DEI FLUIDI: Descrizione Lagrangiana ed Euleriana, derivata materiale. Linee di corrente, traiettorie e `streaklines'.
DINAMICA DEI FLUIDI ED EQUAZIONI DI CONSERVAZIONE: Concetto di sistema e volume di controllo, teorema del trasporto di Reynolds, equazione di conservazione della massa (forma differenziale ed integrale) equazione di bilancio della quantità di moto ed equazione di conservazione dell'energia (forme differenziali ed integrali)
EQUAZIONE DI BERNOULLI: Definizione di vorticità, equazione del trasporto della vorticità, vortex stretching, Equazione di Bernoulli e sue applicazioni. (tubo di Venturi, tubo di Pitot).
STRATO LIMITE: Fenomenologia dello strato limite, equazioni semplificate. Concetto di separazione, perdita di carico.
FORZE FLUIDODINAMICHE E SIMILITUDINI: Forze e coefficienti di forza, resistenza di attrito e di forma, teorema di Buckingham, analisi dimensionale e similitudine dinamica. Perdite di carico concentrate e distribuite.
V) ESERCITAZIONI IN MATLAB
Interpolazione polinomiale e fenomeno di Runge; Interpolazione lineare a tratti e diagramma logaritmico dell’errore; Metodi di integrazione numerica di ODE; Metodo di Newton; Diffusione FEM
Quarteroni, Sacco, Gervasio, Scientific Computing with MATLAB and Octave
Dispense di fluidodinamica: http://www.people.uniroma2.it/roberto.verzicco/fluidodin.html
Altro materiale didattico (fogli di esercizi, codici Matlab, presentazioni PowerPoint, etc…) viene reso disponibile nella sezione Deposito File della pagina web del corso.
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ICAR/08
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Attività formative caratterizzanti
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Ulteriori attività formative (art.10, comma 5, lettera d)
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