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a Ciclo Unico
Scuola di Ingegneria
INGEGNERIA DEI MATERIALI
Insegnamento
MATERIALS SELECTION AND DESIGN - SELEZIONE E PROGETTAZIONE DEI MATERIALI
INP6075497, A.A. 2019/20

Informazioni valide per gli studenti immatricolati nell'A.A. 2018/19

Principali informazioni sull'insegnamento
Corso di studio Corso di laurea magistrale in
INGEGNERIA DEI MATERIALI
IN0523, ordinamento 2014/15, A.A. 2019/20
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Crediti formativi 6.0
Tipo di valutazione Voto
Denominazione inglese MATERIALS SELECTION AND DESIGN
Dipartimento di riferimento Dipartimento di Ingegneria Industriale (DII)
Obbligo di frequenza No
Lingua di erogazione INGLESE
Sede PADOVA
Corso singolo È possibile iscriversi all'insegnamento come corso singolo
Corso a libera scelta È possibile utilizzare l'insegnamento come corso a libera scelta

Docenti
Responsabile ENRICO BERNARDO ING-IND/22

Dettaglio crediti formativi
Tipologia Ambito Disciplinare Settore Scientifico-Disciplinare Crediti
CARATTERIZZANTE Discipline dell'ingegneria ING-IND/22 6.0

Organizzazione dell'insegnamento
Periodo di erogazione Primo semestre
Anno di corso II Anno
Modalità di erogazione frontale

Tipo ore Crediti Ore di
didattica
assistita
Ore Studio
Individuale
LEZIONE 6.0 48 102.0

Calendario
Inizio attività didattiche 30/09/2019
Fine attività didattiche 18/01/2020
Visualizza il calendario delle lezioni Lezioni 2019/20 Ord.2014

Syllabus
Prerequisiti: Il corso prevede la conoscenza generale di materiali metallici, ceramici, polimerici e compositi. Presuppone anche la conoscenza degli aspetti fondamentali della meccanica dei solidi e della progettazione meccanica.
Conoscenze e abilita' da acquisire: In generale, il corso mira a fornire le basi per una scelta comparata dei materiali in relazione alle molteplici funzionalità di un componente, alla forma geometrica e ai vincoli di processo produttivo. Nelle sue diverse articolazioni, il corso ha le seguenti conoscenze a abilità attese:
- Selezione dei materiali
1. Essere in grado di individuare delle equazioni di prestazione per componenti di generale utilizzo industriale
2. Essere in grado di separare, nella prestazione di un componente, il contributo del materiale adottato, attraverso le sue proprietà
3. Essere in grado di individuare, nella prestazione di un componente, una serie di “indici”, ovvero di combinazioni di proprietà dei materiali da ottimizzare
4. Essere in grado di individuare rapidamente, attraverso il controllo degli indici e con il supporto di algoritmi numerici e grafici, i materiali più appropriati in una specifica applicazione, fornendo una classificazione e indicando vantaggi e svantaggi di ogni soluzione
- Progettazione dei materiali
5. Essere in grado di riconoscere la sinergia tra forma geometrica di componenti e proprietà nelle prestazioni meccaniche, individuando soluzioni alternative ma parimenti funzionali
6. Essere in grado di riconoscere la fattibilità della compensazione delle proprietà meccaniche, attraverso il controllo della forma, in relazione al processo
7. Essere in grado di comprendere e applicare strategie di combinazione di materiali diversi, per componenti con profilo di funzionalità non altrimenti ottenibile
- Selezione dei materiali in funzione dell’ambiente
8. Essere in grado di comprendere e applicare strategie per la massimizzazione della sostenibilità ambientale, combinando approcci di selezione e di progettazione
Modalita' di esame: La verifica delle conoscenze attese viene effettuata attraverso una prova scritta e una prova "pratica".

La prova scritta consiste di 9 quesiti, su tutto il programma del corso. I 9 quesiti consistono di domande a risposta aperta e di esercizi, da svolgere entro spazi predeterminati, come segue:
1. domanda breve, che presuppone una risposta in al massimo 3-4 righe; si tratta di ricordare i principi della selezione dei materiali attraverso indici e grafici, per un massimo di 2 punti
2. domanda estesa, che presuppone una risposta articolata, ma comunque sintetica (10-12 righe), anche con il supporto di schemi; si tratta di una domanda su uno dei casi di studio fondamentali riguardanti la selezione dei materiali attraverso indici e grafici; è richiesta la completa padronanza delle equazioni caratterizzanti e dei trattamenti matematici al fine di ricavare gli indici, massimo 5 punti; lo studente può scegliere di rispondere ad una domanda alternativa, analoga ma più semplice, per un massimo di 3 punti
3-4-5. esercizi brevi di selezione grafica e/o numerica di selezione con obiettivi multipli, ciascuno per un massimo di 3 punti; è richiesta la completa padronanza degli algoritmi grafici e numerici, nonché la precisione nei calcoli
6. esercizio breve di selezione di materiali e forma, per un massimo di 3 punti; è richiesta la completa padronanza degli algoritmi grafici e numerici, nonché la precisione nei calcoli
7. domanda estesa, che presuppone una risposta articolata, ma comunque sintetica (come sopra); si tratta di ricordare i principi di progettazione di materiali compositi in funzione di applicazioni avanzate (riportando equazioni costitutive e/o architetture), per un massimo di 4 punti
8. esercizio breve di valutazione grafica dell’efficienza di compositi: si tratta di discutere attraverso grafici l’efficienza di compositi in base ad applicazioni fondamentali, con il supporto di indici di selezione, per un massimo di 3 punti
9. esercizio esteso di selezione di materiali e forma, per un massimo di 5 punti; è richiesta la completa padronanza delle definizioni, degli algoritmi grafici e numerici, nonché la precisione nei calcoli
La somma dei punteggi determina il voto complessivo (massimo=31 punti).

La prova scritta può essere sostituita da due prove di accertamento, a metà corso e a fine corso (la seconda prova è svolta in corrispondenza con il primo appello). La prima prova è in "modalità quiz", ovvero su 21 domande a risposta multipla (4 opzioni, 1 sola valida), su argomenti della prima parte del corso; ogni domanda corrisponde a 1.5 punti (massimo=31.5). La risposta presuppone la piena padronanza delle definizioni e delle descrizioni, oppure dei trattamenti matematici. La seconda prova consiste in una prova scritta con la stessa organizzazione della prova scritta di appello, ma con domande ed esercizi riferiti alla sola seconda parte del corso. Il voto della prova scritta viene sostituito dalla media dei giudizi nelle due prove di accertamento.

La prova "pratica" consiste in un report, a cura dello studente, sulla selezione di materiali per una specifica applicazione, indicata dal docente (ogni studente è tenuto a studiare un'applicazione diversa). La stesura del report presuppone la completa padronanza dei metodi di selezione, comprensivi dell'utilizzo del software CES (Cambridge Engineering Selector).

Il voto finale è determinato dalla media pesata dei voti assegnati alla prova scritta (o al complesso degli accertamenti), per l'80%, e alla prova pratica, per il 20%.

La lode viene conferita per un punteggio finale di almeno 31 punti.
Criteri di valutazione: I criteri di valutazione con cui verrà effettuata la verifica delle conoscenze e delle abilità acquisite sono:
1. Completezza delle conoscenze acquisite
2. Proprietà della terminologia tecnica
3. Coerenza e precisione nell'applicazione di algoritmi numerici e grafici di selezione dei materiali
4. Precisione nell'applicazione di elementi di progettazione dei materiali (comprensivi di algoritmi numerici e grafici di selezione dei materiali) in funzione delle applicazioni
Contenuti: Il corso si articola in diverse sezioni:
- Selezione dei materiali, p.1: selezione a livello base
Introduzione ai grafici di proprietà dei materiali: sviluppo e utilizzo. Definizione di indici dei materiali: prestazione di un componente in funzione di una combinazione di proprietà; selezione attraverso grafici e indici. Presentazione di casi di studio di selezione “pura”, con discussione delle equazioni caratteristiche e derivazione di indici di selezione.
- Selezione dei materiali, p.2: selezione in condizioni di vincoli e obiettivi multipli
Selezione con obiettivi diversi realizzata attraverso controllo della stessa caratteristica, con diversi casi di studio; soluzione numerica e grafica. Selezione con obiettivi diversi e potenzialmente in conflitto, con diversi casi di studio; soluzione grafica per casi con due obiettivi prioritari, attraverso funzioni e curve di penalizzazione; soluzione numerica, attraverso funzioni di penalizzazione e di prestazione generalizzate, con stima dei fattori peso, per casi con molteplici obiettivi e/o per il raffinamento di soluzioni ricavate attraverso selezione grafica.
- Progettazione dei materiali, p.1: selezione simultanea di materiali e forma
Progettazione di componenti attraverso controllo sinergico di materiale e forma: cenni di base e definizione dei fattori di forma. Selezione dei materiali attraverso indici comprendenti i fattori di forma: soluzioni numeriche e grafiche.
- Progettazione dei materiali, p.2: ottimizzazione delle prestazioni di componenti attraverso combinazioni di materiali
Studio dell’efficienza delle fasi rinforzanti in materiali compositi sulla base di metodi di selezione grafica. Studio dell’efficienza, soprattutto strutturale, di materiali cellulari. Casi di studio di combinazioni di materiali per applicazioni avanzate.
- Fondamenti di selezione dei materiali in funzione dell'ambiente
Metodi di controllo dell’impatto ambientale. Definizione e applicazione di eco-audits. Aggiornamento dei metodi di selezione di materiali e forme per casi di studio di sostenibilità ambientale
Attivita' di apprendimento previste e metodologie di insegnamento: Le attività didattiche prevedono ore di lezione sia in aula (38 h) che in laboratorio informatico (10 h). Durante le ore di lezione in aula, su supporto informatico (slides proiettate), vengono affrontati i contenuti teorici del corso. Dimostrazioni ed esempi di calcolo sono ripresi dal docente e sviluppati passo passo su lavagna. Durante le ore di lezione in laboratorio informatico, le funzionalità del software CES (Cambridge Engineering Selector) sono progressivamente presentate e applicate nella selezione di materiali per svariate applicazioni tecniche
Eventuali indicazioni sui materiali di studio: Tutto il materiale didattico presentato durante le lezioni (costituente il programma d'esame) è reso disponibile sulla piattaforma Moodle, in forma di slides (le stesse proiettate durante le lezioni)
Ad ogni lezione corrisponde un singolo blocco di lucidi.
Sono a disposizione vari esempi di esercizio, comprensivi di soluzione, per la verifica dell'apprendimento da parte degli studenti.
Il materiale didattico in Moodle integra il testo di riferimento:
M.F. Ashby, Materials Selection in Mechanical Design, Butterworth Heinemann, Oxford, UK

Gli studenti possono avvalersi dei seguenti testi, per approfondimenti facoltativi:
M.M. Farag, Materials and Process Selection for Engineering Design, CRC Press, Boca Raton, USA
M.F. Ashby, K. Johnson, Materials and Design, Butterworth Heinemann, Oxford, UK
M.F. Ashby, H. Shercliff, D. Cebon, Materials, Butterworth Heinemann, Oxford, UK
La piattaforma Moodle comprende una dispensa, redatta dallo stesso docente, in italiano, sempre facoltativa.
Testi di riferimento:
  • M.F. Ashby, Materials Selection in Mechanical Design. Oxford: Elsevier, 2016. Cerca nel catalogo