Università degli Studi di Napoli "Parthenope"

Scheda dell'insegnamento

Anno accademico: 
2015/2016
Tipologia di insegnamento: 
Caratterizzante
Tipo di attività: 
Obbligatorio
Corso di afferenza: 
Corso di Laurea triennale (DM 270) in INGEGNERIA GESTIONALE
Sede: 
Napoli
Settore disciplinare: 
SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI (ING-IND/22)
Crediti: 
9
Anno di corso: 
3
Docenti: 
Ciclo: 
Primo Semestre
Ore di attivita' frontale: 
72

Obiettivi

Obiettivi Formativi

Il corso si propone di impartire agli allievi le conoscenze indispensabili per definire i criteri di selezione dei materiali adatti nelle diverse applicazioni ingegneristiche.

Risultati di apprendimento (declinati rispetto ai descrittori di Dublino)

Conoscenza e capacità di comprensione

Al termine del corso lo studente avrà integrato le proprie conoscenze di base sulle interazioni tra microstruttura e proprietà delle differenti categorie di materiali maggiormente impiegati in ingegneria industriale; lo studente sarà in grado di conoscere e comprendere: le proprietà fisico-meccaniche dei materiali e i criteri per selezionare e gestire i materiali in relazione alle loro proprietà tecnologiche, al costo e alla sostenibilità, nonchè i criteri per selezionare i trattamenti chimo-fisici idonei a modificare/migliorare le proprietà dei materiali.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Alla fine del percorso di studio lo studente avrà sviluppato la capacità di progettare singoli componenti di un impianto industriale applicando le conoscenze associate alle caratteristiche fisico-meccaniche dei materiali, quali densità, resistenza, durezza, rigidezza, resilienza, etc., al comportamento in opera richiesto.

Autonomia di giudizio

Al superamento dell’esame lo studente possiederà gli strumenti necessari per valutare in maniera critica il comportamento dei materiali, saprà, infatti, misurare le singole proprietà, confrontare i dati acquisiti con i valori richiesti dalle norme tecniche e selezionare i criteri di ottimizzazione dei manufatti finali.

Abilità comunicative

Al superamento dell’esame lo studente dovrà aver maturato una sufficiente proprietà di linguaggio per quanto attiene la terminologia scientifica specifica della scienza e tecnologia dei materiali. In particolare, dovrà essere in grado di preparare e presentare in maniera chiara, semplice e puntuale una breve relazione su uno specifico argomento.

Capacità di apprendere

Lo studente sarà messo in grado approfondire la conoscenza dei materiali, con particolare riferimento a quelli più innovativi, attraverso l’uso dei più moderni strumenti di ricerca. In particolare, sarà capace di elaborare, schematizzare, riassumere i contenuti acquisiti attraverso la consultazione di specifici siti web consigliati dal docente.

Prerequisiti

È necessario avere acquisito e assimilato le seguenti conoscenze fornite dal corso di “Chimica”:
concetti fondamentali di struttura della materia, con particolare riferimento ai legami chimici e alla disposizione spaziale degli atomi;
concetti di cinetica delle reazioni chimiche, con in particolare riferimento ai processi di sintesi delle leghe metalliche, di polimerizzazione e di combustione;
concetti di cinetica dei passaggi di stato, con particolare riferimento alla transizione liquido/solido;
concetti di elettrochimica, con particolare riferimento ai fenomeni di ossidazione dei metalli;
proprietà delle soluzioni.

Contenuti

Introduzione ai materiali (6 ore lezioni + 2 ore esercitazioni)
Proprietà dei materiali che controllano il progetto: strutture ad albero. L’albero dei processi. Interazione processo-proprietà. Le mappe delle proprietà dei materiali. La strategia: schematizzazione, selezione, graduatoria e documentazione.
Peso e rigidezza: densità e modulo elastico (4 ore lezioni + 2 ore esercitazioni)
Densità, sollecitazione, deformazione e modulo. Le mappe di proprietà dei materiali. Modificazione del modulo e della densità. Flettere, incurvare e vibrare: progetto condizionato dalla rigidezza. Soluzioni per progettazione in campo elastico. Indici dei materiali per la progettazione in campo elastico. Riportare limiti e indici sulle mappe.
Plasticità, snervamento e duttilità (4 ore lezioni)
Resistenza, lavoro in campo plastico e duttilità: definizione e misura. Mappe per il limite elastico. Come modificare la resistenza. Flettere e rompere: progetto condizionato dalla resistenza.
Problematiche in campo plastico. Indici dei materiali per il progetto condizionato dallo sversamento.
Frattura e tenacità a frattura (4 ore lezioni + 2 ore esercitazioni)
Resistenza e tenacità. La meccanica della frattura. Mappe di proprietà dei materiali per la tenacità. Compromesso tra resistenza e tenacità. Carichi ciclici, danneggiamento e rottura. Vibrazione e risonanza: il coefficiente di smorzamento. Mappe per il limite a fatica. Modificare la resistenza a fatica. Progetto condizionato dalla frattura. Indici dei materiali per la progettazione condizionata dalla frattura.
Sfregamento, scivolamento e bloccaggio (grippaggio): attrito e usura (4 ore lezioni)
Proprietà tribologiche. Rappresentazioni grafiche di attrito e usura. La meccanica dell’attrito e dell’usura. Progetto e selezione: i materiali per gestire l’attrito e l’usura
Materiali e calore (8 ore lezioni)
Proprietà termiche: definizione e misura. Le mappe delle proprietà termiche. Come modificare le proprietà termiche. Come progettare sfruttando le proprietà termiche. Mappe del comportamento allo scorrimento viscoso. Diffusione e scorrimento viscoso. Materiali resistenti allo scorrimento viscoso. Progettare per resistere allo scorrimento viscoso
Materiali funzionali (8 ore lezioni + 2 ore esercitazioni)
Conduttori, isolanti e dielettrici. Mappe delle proprietà elettriche. Progettare utilizzando le proprietà elettriche dei materiali. Proprietà magnetiche: definizione e metodi di misura. Mappe delle proprietà magnetiche. Selezione dei materiali per progettare con le proprietà magnetiche. Materiali per dispositivi ottici. L’interazione tra i materiali e la radiazione. Mappe delle proprietà ottiche. Progettare con le proprietà ottiche.
Durabilità: ossidazione, corrosione e degrado (8 ore lezioni)
Ossidazione, infiammabilità e fotodegradazione. Meccanismi di ossidazione. Materiali resistenti all’ossidazione. Corrosione: acidi, basi acqua e solventi organici. Un approfondimento: i meccanismi di corrosione. Combattere la corrosione
Scaldare, deformare, unire e rifinire: i processi di produzione (6 ore lezioni + 4 ore laboratorio)
Scelta dei processi nella progettazione: compatibilità dei materiali. Processi di formatura. Processi di giunzione. Processi di finitura superficiale. Stima dei costi per i processi di formatura. Evoluzione della microstruttura durante i processi. Le proprietà indotte dai processi. Produrre materiali ibridi.
Materiali, processi e ambiente (4 ore lezioni + 4 ore esercitazioni)
Il consumo di materiali e la sua crescita. Il ciclo di vita dei materiali e i criteri di valutazione. Definizioni e misure: energia incorporata, energia di processo e potenziale di fine vita. Mappe dell’energia incorporata. Progettazione: la selezione dei materiali per l’eco-design.

Metodi didattici

Il corso prevede lezioni teoriche con esercitazioni in aula, nonché visite ai laboratori de gruppo di ricerca in scienza e ingegneria dei materiali (MASERG – http://maserg.uniparthenope.it) del Dipartimento di Ingegneria. Le lezioni teoriche sono impostate in maniera particolarmente interattiva per favorire la consapevolezza degli allievi circa la specificità delle differenti famiglie di materiali. Le esercitazioni in aula si svolgono attraverso lo sviluppo di un progetto che schematizzi il processo produttivo di un oggetto ottenuto attraverso tecniche innovative associate alla manifattura additiva. Viene assegnata a piccoli gruppi di studenti un’idea progettuale che viene sviluppata a partire dalla selezione delle materie prime, delle tecnologie e delle apparecchiature valutando il costo di massimo dell’intero ciclo produttivo. Lo sviluppo dei singoli elaborati, prodotti in power point, è seguito dal docente durante il semestre e condiviso e discusso con tutti gli studenti frequentanti.
Il corso si arricchisce di numerosi riferimenti sitografici che consentono di definire una mappa concettuale molto utile agli allievi che si avviano ad assumere decisioni in merito alla gestione dei materiali da applicare in ingegneria industriale.

Verifica dell'apprendimento

L’obiettivo della prova d’esame consiste nel verificare il livello di raggiungimento degli obiettivi formativi precedentemente indicati.
L’esame si svolge attraverso lo svolgimento di una prova orale nella quale sarà valutata la capacità di collegare e confrontare aspetti diversi trattati durante il corso. In particolare, sarà richiesto allo studente di dimostrare di aver acquisito senso critico per la selezione e gestione dei materiali da applicare in differenti ambiti dell’ingegneria industriale, anche attraverso la presentazione di un breve elaborato progettuale, redatto in power point, che illustri lo schema di produzione di uno specifico componente.
La prova potrà svolgersi singolarmente o in gruppi di 2-3 studenti e avrà una durata che varia da 20 a 40 minuti a seconda dei casi.

Testi

"Scienza e Ingegneria dei materiali, una introduzione" W.D. Callister Jr., D.G. Rethwisch, 3a edizione, Edises (2012).
"Materiali, dalla scienza alla progettazione ingegneristica" M. Ashby, H. Shercliff, D. Cebon, Casa Editrice Ambrosiana (2009).
Appunti forniti dal docente e indicazioni di siti web da consultare, disponibili sul sito del corso (http://maserg.uniparthenope.it).

Altre informazioni

Il docente si avvale dell'assistenza di studenti di dottorato/assegnisti di ricerca che collaborano nella illustrazione delle tecniche sperimentali impiegate nella caratterizzazione chimico-fisico-meccanico dei materiali e nell'attività di tutorato.