CORSI 2014

CORSI AVANZATI


DINAMICA DEI SISTEMI DI PARTICELLE IN SOSPENSIONE: DAI FLUSSI VISCOSI AI TURBOLENTI
26 – 30 maggio


Organizzato sotto gli auspici di ERCOFTAC (European Research Community on Flow Turbulence and Combustion – Comunità Europea per la Ricerca sul moto dei Fluidi, la Turbolenza e la Combustione) e con il supporto di COST (European Cooperation in Science and Technology – Associazione Europea per la Cooperazione nelle Scienze e nelle Tecnologie). Coordinatori:

Gilles Bouchet (Università della Provenza Aix-Marseille e CNRS, Francia)
Cristian Marchioli (Università degli Studi di Udine)

Molti processi naturali e industriali sono caratterizzati dalla presenza di flussi di particelle in sospensione. In natura, esempi importanti sono il trasporto di sedimenti nei fiumi e nei loro estuari, i moti convettivi di particelle inquinanti nell’atmosfera, il trasporto del plancton nelle correnti marine e nelle onde, e i flussi piroclastici di particelle solide e gas che si accompagnano alle eruzioni vulcaniche. Nell’industria, flussi di particelle in sospensione si hanno, ad esempio, nei reattori a letto fluido, nei depuratori di liquami, nelle macchine per la produzione di inchiostri e, in ambito alimentare, negli omogeneizzatori. In tutti i casi citati, la comprensione degli aspetti fisici e la corretta modellizzazione dei flussi di particelle in sospensione sono un compito cruciale che ha impatti evidenti sulla difesa dell’ambiente e sull’efficienza dei processi industriali. Tale compito, tuttavia, presenta difficoltà considerevoli a causa della necessità di tener conto del grandissimo numero di particelle che interagiscono tra loro e, nel contempo, influenzano il moto del fluido nel quale sono immerse.

Gran parte degli studi compiuti sinora ha riguardato flussi viscosi, ovvero caratterizzati da moti ordinati a velocità basse ed in ambienti di dimensioni ridotte. In molte situazioni di interesse pratico, invece, i moti sono turbolenti, ovvero caratterizzati da perturbazioni importanti e hanno luogo in ambienti di dimensioni relativamente grandi. Nella maggior parte degli studi, inoltre, ci si è soffermati sul comportamento di particelle in sospensione isolate, trascurando le interazioni delle particelle tra loro. Solo di recente, infatti, si è cominciato a studiare il comportamento dei sistemi di particelle interagenti sospese in fluidi in moto turbolento.

Il corso presenta lo stato dell’arte dei modelli di analisi della dinamica dei sistemi di particelle in sospensione, partendo dalle situazioni più semplici di fluidi in moto laminare per arrivare alle situazioni più complesse di fluidi in moto turbolento. Oltre all’ottimizzazione dei processi industriali tradizionali, il corso si occupa di applicazioni innovative in settori come la produzione di materiali composti rinforzati con fibre, e dei nuovi materiali a base di fibre di legno.



STRUTTURE ESTREMAMENTE DEFORMABILI
2 – 6 giugno


Coordinatori:

Davide Bigoni (Università degli Studi di Trento)

Le strutture tradizionali sono progettate con l’obiettivo di resistere a carichi inferiori a quello critico operando sempre in condizioni di stabilità (poiché l’innesco di una instabilità viene generalmente considerato come l’inizio di perdita della capacità portante). In tale contesto, le deformazioni devono essere il più possibile ridotte, e gli stati di instabilità, nei quali le deformazioni non sono più lineari (ovvero proporzionali alle sollecitazioni), devono essere evitati in quanto pericolosi.

Di recente, tuttavia, un nuovo stimolo alla ricerca è stato fornito dall’osservazione che alcune strutture soffici come, ad esempio, i sistemi biologici, ma anche alcuni materiali come le gomme e le gelatine, possono operare in condizioni non lineari nelle quali gli elementi elastici sono soggetti a deformazioni molto elevate pur conservando eccellenti proprietà meccaniche. La possibilità di impiegare strutture estremamente deformabili apre possibilità tecnologiche nuove e inaspettate quali le realizzazioni di:
- circuiti elettronici stampati su supporti deformabili,
- nanotubi a spirale con eccellenti proprietà elettromeccaniche,
- strutture aerospaziali aventi dimensioni ridotte nella fase di trasporto ma capaci di espandersi nello spazio,
- sensori, attuatori e assorbitori di vibrazione di nuova concezione.

Il corso fornisce le basi per la comprensione della così detta “meccanica estrema” ed illustra le metodologie di indagine teorica, numerica e sperimentale del comportamento non-lineare delle strutture. In questo modo fornisce tutte le nozioni necessarie per operare con successo in settori innovativi quali la progettazione di strutture adattative, meccanismi altamente deformabili, film sottili e circuiti elettronici di nuova concezione. Sul piano culturale, inoltre, il corso mette in luce come la meccanica delle strutture estremamente deformabili dia la chiave per comprendere molti aspetti della biomeccanica quali la morfogenesi, la crescita e la locomozione degli organismi viventi.



OTTIMIZZAZIONE TOPOLOGICA DELLE STRUTTURE E DEI CONTINUIASPETTI COMPUTAZIONALI E BASI TEORICHE
9 – 13 giugno


Coordinatori:

George Rozvany (Università Tecnica di Budapest)

Glaucio H. Paulino (Università dell’Illinois a Urbana-Champaign, USA)

La topologia (o studio dei luoghi) è lo studio delle proprietà che non cambiano nelle forme sottoposte a deformazioni senza “strappi”, “sovrapposizioni” o “incollature”. (Da questo punto di vista, ad esempio, un cubo e una sfera sono topologicamente equivalenti, mentre una sfera e un anello toroidale non lo sono). L’ottimizzazione topologica consente di determinare la conformazione ottimale di un componente strutturale al fine di raggiungere le prestazioni volute nel rispetto dei vincoli e con il minimo di ingombri, impieghi di materiale e costi.

La principale difficoltà insita in un procedimento di ottimizzazione topologica è l’ottenimento di geometrie effettivamente realizzabili nell’ambito delle tecnologie a disposizione. (Per esempio, nel caso di componenti strutturali ottenuti per fusione l’ottimizzazione, intesa come riduzione di pesi e costi, deve essere conseguita rispettando i vincoli di resistenza meccanica e di fattibilità del processo di formatura).

Il corso è il quarto di una serie di grande successo coordinata sempre da Rozvany. I corsi precedenti ponevano l’accento sugli aspetti teorici e sulle soluzioni analitiche dei problemi di ottimizzazione topologica, mentre il corso in epigrafe fornisce una panoramica aggiornata sui metodi di ottimizzazione numerici a disposizione dei progettisti, illustrando anche le basi teoriche su cui i metodi stessi si fondano. In questo modo, il corso viene incontro alle esigenze industriali nelle quali il successo delle attività di ottimizzazione strutturale è legato, in ugual misura, alla tecnologia software a disposizione e alla capacità dei progettisti di definire opportunamente i vincoli operativi e tecnologici.



MECCANOBIOLOGIA DELLE CELLULE E DEI TESSUTI: MOTILITÀ E MORFOGENESI
16 – 20 giugno


Coordinatori:

Antonio De Simone (SISSA, Trieste)

Marino Arroyo (Università Politecnica della Catalogna, Barcellona)

La meccanobiologia è un settore emergente della ricerca che si colloca all’interfaccia tra biologia, biofisica e meccanica, in quanto studia l’influenza della azioni meccaniche sui processi biologici. Mentre il ruolo chiave della biochimica nella biologia molecole delle cellule è riconosciuto da tempo, solo di recente si è iniziato ad indagare sui modi in cui forze e stati di tensione possono orientare il comportamento di cellule e tessuti.

Le forze, ad esempio, controllano la forma e il movimento delle cellule, i modi e i tempi della differenziazione cellulare (in funzione della rigidezza del substrato o della matrice extracellulare circostante), e la migrazione in risposta a stimoli meccanici a livello cellulare (mechano-sensing). In questo quadro, la scoperta dei modi in cui le cellule percepiscono e convertono stimoli meccanici in segnali chimici o elettrici (meccano-transduction) apre la via alla comprensione di processi biologici fondamentali come quelli che stanno alla base delle percezioni sensoriali (ad esempio, l’udito), o delle modificazioni che intervengono, a livello organico, in diverse patologie (ad esempio, il degrado delle cartilagini indotto da sforzi intensi e ripetuti).

La mobilità cellulare poi, è una dimostrazione evidente della necessità di utilizzare concetti della Meccanica per spiegare i processi biologici. Le cellule si muovono, infatti, nuotando o strisciando in funzione dello stato fisico della matrice o del substrato (fluido o solido). In tale contesto, la Meccanica consente di stimare la forza e l’energia necessarie al moto, l’efficienza del sistema motorio, le necessità metaboliche e, in ultima analisi, le conseguenze evolutive. Più in generale, la Meccanica fornisce un quadro concettuale generale per la comprensione delle funzioni che intervengono in processi biologici apparentemente diversi, come il movimento e la migrazione delle cellule e la morfogenesi dei tessuti. Ciò premesso, il corso presenta, nell’ambito di un approccio meccanico integrato, lo stato dell’arte nelle ricerche sulla mobilità cellulare e sulla meccanobiologia delle cellule e dei tessuti.



MECCANOBIOLOGIA MULTISCALA DELLA RIMODELLAZIONE E DELLADATTAMENTO DEL TESSUTO OSSEO
23 – 27 giugno


20a Scuola Internazionale Estiva CISM-IUTAM (Unione Internazionale di Meccanica Teorica e Applicata). Coordinatore: Coordinatori:

Peter Pivonka (Università di Melbourne, Australia)

Il tessuto osseo ha la capacità di cambiare massa e struttura in risposta ai cambiamenti biomeccanici e biochimici dell’ambiente in cui opera. Nello scheletro adulto, il tessuto osseo viene continuamente riassorbito e riformato, sia per mantenere l’equilibrio dei suoi componenti minerali, sia per riparare le microfratture causate dai carichi ciclici indotti da attività quotidiane come camminare, pedalare e correre. Il processo fondamentale che regola il rimodellamento della matrice ossea ha luogo all’interno della BMU (Bone Multicellular Unit - Unità Ossea Multicellulare). Tale unità è un insieme coordinato di diversi tipi di cellule tra le quali emergono gli osteoclasti (che erodono la superficie dell’osso lasciando delle piccole cavità) e gli osteoblasti (che riempiono le cavità con idrossiapatite calcica). Quando si verifica uno sbilanciamento tra i processi di riassorbimento e formazione della matrice ossea insorgono diverse malattie. La maggior parte delle malattie ossee (come, ad esempio, l’osteoporosi, il morbo di Paget e le patologie correlate ai tumori ossei) sono caratterizzate, tuttavia, da un aumento di osteoclasti con le conseguenti perdite ossee e, nelle fasi finali, anche fratture.

L’osso è un materiale con una struttura gerarchica nella quale si distinguono, a livello di macroscala, unità come trabecole, piastre e osteoni che, a livello di microscala, si presentano come un insieme di cristalli di idrossiapatite e collagene. Su ogni scala, l’integrità del tessuto osseo è mantenuta da processi di controllo, regolati dalle cellule ossee, che agiscono su intervalli di lunghezza e di tempo relativamente ampi, rendendo così difficile la raccolta e l’interpretazione dei dati sperimentali relativi ai processi stessi. A complicare il quadro, recenti ricerche di biologia ossea hanno dimostrato che il tessuto osseo interagisce con altri tessuti (tra i quali i muscoli e le cartilagini), e con il sistema nervoso centrale. Lo sviluppo di modelli di calcolo multiscala e l’applicazione delle più recenti tecnologie di “imaging” (come, ad esempio, la risonanza magnetica ad alta risoluzione e la PET, o tomografia a emissione di positroni) consentono, comunque, di indagare sui processi di regolazione.

Il corso presenta lo stato dell’arte dei modelli di calcolo multiscala utilizzati nella meccanobiologia ossea, con particolare riguardo ai processi di rimodellamento e di adattamento (incluse le applicazioni alla guarigione delle fratture). A livello macro, i modelli descrivono le interazioni osseo-muscolari durante le attività quotidiane, come camminare o correre; a livello intermedio, i modelli si occupano della stima delle proprietà meccaniche, del rimodellamento e dell’adattamento del tessuto osseo e, infine, a livello cellulare (micro), i modelli illustrano le interazioni complesse con i fattori di regolazione biochimici e biomeccanici.



FLUSSI DI MATERIA SOFFICE: COLMARE IL DIVARIO TRA FISICA STATISTICA E MECCANICA DEI FLUIDI
30 giugno – 4 luglio


Coordinatori:

Denis Bartolo (ENS – Scuola Normale Superiore di Lione, Francia)

David Santillan (Università dell’Illinois a Urbana-Champaign, USA)

Molti materiali della vita quotidiana (come colle, vernici, creme, saponi e lubrificanti), una varietà di alimenti (come omogeneizzati, conserve e yogurt), e diversi materiali biologici (come il sangue) hanno un carattere “soffice” perché non presentano la struttura ordinata dei solidi ma neppure la completa uniformità dei liquidi. Secondo i casi, essi sono classificati, infatti, come soluzioni polimeriche, sospensioni colloidali e batteriche, emulsioni, gel, tessuti cellulari e così via.

Le proprietà di flusso dei materiali soffici dipendono dalla struttura e dalle dimensioni delle particelle elementari che li compongono ed, evidentemente, dalle forze che determinano il moto su scala macroscopica (come forze di massa e sforzi di contatto), ma anche dalle forze che influenzano il moto su scala microscopica (come fluttuazioni termiche e, nel caso di organismi viventi, auto-propulsione). In conseguenza di questa natura duale delle influenze, il flusso dei materiali soffici è stato descritto adottando due approcci diversi: uno macroscopico valido per i mezzi continui in quanto basato sulle equazioni della fluidodinamica, ed uno microscopico valido per gli insiemi di particelle in quanto basato sulla fisica statistica. Nell’approccio basato sulla meccanica dei fluidi, vengono descritte accuratamente le fluttuazioni su scala macroscopica, mentre nell’approccio basato sulla fisica statistica si rinuncia alla descrizione macroscopica in cambio della possibilità di rappresentare i processi di auto-organizzazione degli insiemi di particelle in risposta a stimoli esterni di tipo meccanico, elettrico o chimico. È quindi evidente come una combinazione delle due descrizioni sia la strada più promettente per consentire l’avanzamento delle conoscenze nel settore della materia soffice. In tale contesto si colloca il corso che si propone, appunto, di colmare il divario tra la descrizioni fluido-meccanica e quella statistico-fisica, riunendo docenti di entrambe le Scuole al fine di illustrare, dai due punti di vista, gli stessi argomenti di ricerca.



INSTABILITÀ FLUODINAMICHE INDOTTE DALLA CAVITAZIONE ED EFFETTI ROTODINAMICI IN TURBOPOMPE E TURBINE IDRAULICHE
7 – 11 luglio


Coordinatori:

Luca d’Agostino (Università degli Studi di Pisa)

Maria Vittoria Salvetti (Università degli Studi di Pisa)

Nelle moderne turbomacchine idrauliche, il raggiungimento di elevate potenze specifiche è ottenuto aumentando la velocità di rotazione della girante piuttosto che la coppia trasmessa dall’albero. Pertanto, soprattutto nelle applicazioni al settore della propulsione spaziale, viene spesso tollerato il funzionamento in condizioni di cavitazione. In tali situazioni sono utilizzati alberi di trasmissione più leggeri, ma anche più flessibili, e le macchine sono, inevitabilmente, esposte all’insorgenza di instabilità fluidodinamiche con i relativi effetti rotodinamici. Questi fenomeni sono la causa principale del degrado e, di conseguenza, la loro comprensione è di importanza cruciale per la progettazione delle turbomacchine idrauliche ad alte prestazioni.

Il corso adotta un approccio dettagliato e onnicomprensivo illustrando fisica, fluidodinamica, modellazione, sperimentazione e simulazione numerica dei fenomeni di cavitazione, con particolare riguardo alle instabilità indotte dalla cavitazione ed alle relative implicazioni sulla progettazione e la gestione delle turbopompe e delle turbine idrauliche ad alte prestazioni.



STRUTTURA E MECCANICA MULTISCALA DEI NANOMATERIALI AL CARBONIO
21 – 25 luglio


Coordinatori:

Oskar Paris (Montanuniversitaet Leoben, Austria)

I nanomateriali al carbonio giocano un ruolo chiave nei sistemi di accumulo di energia elettrica (come le batterie a ioni di litio, i condensatori a grande capacità e le celle a combustibile) e, secondo molti, nel futuro potrebbero rivoluzionare l’elettronica favorendo la sostituzione delle tecnologie basate sul silicio con quelle basate sul carbonio. Nel contesto “meccanico” in cui si pone il corso, i nanomateriali al carbonio sono caratterizzati da proprietà straordinarie. Ad esempio il grafene (materiale costituito da uno strato monoatomico di atomi di carbonio), è il materiale più sottile mai prodotto ed è caratterizzato da una resistenza a tensione duecento volte maggiore di quella dell’acciaio e da una durezza pari a quella del diamante. Il grafene monostrato piano trova già molteplici applicazioni come rinforzo nei materiali compositi, ma prospettive ugualmente promettenti si hanno per le versioni del grafene monodimensionali “avvolte” (nei nanotubi) e per quelle bidimensionali a forma di sfera cava (che prendono il nome di fullerene). Oltre a questi nanomateriali altamente ordinati, trovano impiego industriale altri nanomateriali nei quali gli atomi di carbonio sono disposti in modo più disordinato e, generalmente, a più strati. Si parla allora di “nanofibre” (monodimensionali), “cipolle” (bidimensionali), e nanomateriali mesoporosi (in pratica “fogli” con pori di dimensioni comprese tra 2 e 100 nanometri, ovvero tra 2 e 100 miliardesimi di metro).

Dal punto di vista del comportamento, i nanomateriali al carbonio rientrano nella classe dei materiali complessi microstrutturati e, come tali, devono essere studiati su più scale in quanto le proprietà meccaniche esibite su scala macroscopica dipendono, in larga misura, dalle caratteristiche microscopiche. Il corso illustra l’applicazione delle moderne tecniche di modellizzazione multiscala (teoriche, numeriche e sperimentali), alla progettazione di materiali innovativi al carbonio nei quali le proprietà meccaniche desiderate possano essere ottenute controllando le configurazioni strutturali assunte sulle diverse scale geometriche.



ELETTROFILATURA: UTILIZZO DELLELETTRODINAMICA E DELLA REOLOGIA PER IL CONTROLLO DELLE PROPRIETÀ STRUTTURALI E FISICHE DELLE NANOFIBRE
1 – 5 settembre


Coordinatori:

Pawel Sajkiewicz (Accademia Polacca delle Scienze, Varsavia)

Eyal Zussmann (Technion – Istituto di Tecnologia di Israele, Haifa)

La preparazione di nanostrutture, a base organica o inorganica, è argomento di grande interesse teorico e applicativo. In funzione delle applicazioni, le ricerche attuali sono focalizzate sulla produzione di nanostrutture tridimensionali (come cristalli fotonici utilizzati nella trasmissione dei dati, e matrici di sostegno impiegate nell’ingegneria dei tessuti biologici), bidimensionali e monodimensionali (come, rispettivamente, pozzi e fili quantici impiegati nella realizzazione di componenti elettronici innovativi). In tutte queste situazioni, la riduzione della scala a dimensioni dell’ordine dei nanometri (1 nanometro = 1 miliardesimo di metro) porta a benefici quali l’aumento del rapporto tra superficie e volume, l’aumento della bagnabilità (che favorisce l’assorbimento dei liquidi) e la riduzione dei difetti strutturali (che aumenta la resistenza meccanica). A livello industriale, l’interesse è focalizzato sulla produzione di fibre a grande resistenza che vengono impiegate come rinforzi per tessuti di nuova generazione, ma anche di nanoparticelle biodegradabili che vengono impregnate con sostanze medicali per la somministrazione controllata dei farmaci.

La tecnologia di elezione per la produzione di fibre con dimensioni inferiori ai 100 nanometri è l’elettrofilatura (o electrospinning). Nei processi di elettrofilatura, i componenti di base (come soluzioni polimeriche, cristalli liquidi, sospensioni di solidi ed emulsioni) sono forzati attraverso un estrusore da un campo elettrico molto intenso. In questo modo si ottiene un getto continuo, caricato elettricamente, che viene raccolto sotto forma di fibre (idealmente continue) su un collettore caricato elettricamente ad un potenziale diverso da quello dell’estrusore. Dopo l’evaporazione del solvente le fibre sono pronte per l’uso.

Si noti che agendo sulle proprietà reologiche (viscoelasticità) ed elettriche (conducibilità) delle soluzioni di partenza, anziché formazione di nanofibre (getto continuo), si può avere formazione di nanogocce (getto polverizzato) che, dopo l’evaporazione del solvente, danno luogo a nanoparticelle. In tal caso, il processo prende il nome di elettrospruzzatura (o elettrospraying). Per la loro somiglianza, i processi di elettrofilatura e di elettrospruzzatura vengono spesso studiati insieme. Il corso, infatti, presenta lo stato dell’arte di entrambi i processi, con particolare riguardo all’analisi delle relazioni esistenti tra l’elettrodinamica, le caratteristiche reologiche delle soluzioni e le proprietà strutturali e fisiche dei nanomateriali ottenuti.



MATERIALI FUNZIONALI FERROICI: SPERIMENTAZIONE, MODELLI TEORICI E SIMULAZIONI NUMERICHE
8 – 12 settembre


Coordinatori:

Joerg Schroeder (Università di Duisburg-Essen, Essen, Germania)

Doru C. Lupascu (Università di Duisburg-Essen, Essen, Germania)

Secondo il loro uso, i materiali vengono classificati in due grandi categorie: materiali strutturali e materiali funzionali. I primi si caratterizzano per la capacità di resistere a sforzi meccanici, mentre i secondi si caratterizzano per la capacità di svolgere una funzione ben precisa come, ad esempio, modificare il segnale elettrico fornito in presenza di un gas pericoloso (sensori di gas). Nella classe dei materiali funzionali rientrano poi i materiali intelligenti (smart materials), così definiti perché capaci di accoppiare tra loro due proprietà fisiche diverse.

I più importanti materiali intelligenti sono quelli ferroici. Tra essi si distinguono i materiali ferroelettrici (che accoppiano la polarizzazione, cioè la comparsa di una differenza di potenziale tra due estremi, alla deformazione), ferromagnetici (che accoppiano magnetizzazione e deformazione), leghe a memoria di forma (che accoppiano temperatura e deformazione) e i nuovi materiali magnetoelettrici multiferroici (che accoppiano magnetizzazione e polarizzazione). Questi ultimi sono di grande interesse per le applicazioni in nanoelettronica, in quanto consentono l’interazione tra ferroelettricità e magnetismo e, di conseguenza, rendono possibile, ad esempio, lo sviluppo di memorie magnetiche di nuova generazione pilotate elettricamente. La possibilità di scrivere elettricamente l’informazione in una cella magnetica appare molto promettente poiché aumenta la stabilità e la densità di scrittura nelle memorie evitando, nel contempo, l’utilizzo di componenti per la generazione di campi magnetici localizzati (che rappresenta, a tutt’oggi, un costo elevato in termini di realizzazione dei dispositivi di memorizzazione e una fonte di consumo energetico notevole).

Il corso illustra lo stato dell’arte delle ricerche (sperimentali, teoriche e numeriche) sui materiali ferroici e, in particolare, sui nuovi materiali multiferroici. Poiché, attualmente, non sono disponibili sull’argomento libri di testo o appunti da lezioni di dottorato, il corso colma una lacuna didattica e, come tale, fornisce un contributo importante alla diffusione delle conoscenze in uno dei più importanti settori di ricerca sui materiali innovativi.



STRUTTURE A GUSCIO: TEORIE AVANZATE E APPLICAZIONI
15 – 19 settembre


Coordinatori:

Holm Altenbach (Università Otto von Guericke, Magdeburgo, Germania)

Victor A. Eremeyev (Università Otto von Guericke, Magdeburgo, Germania)

Si definiscono “a guscio” le strutture nelle quali lo spessore è molto ridotto rispetto a larghezza e lunghezza. Tali strutture sono molto utilizzate nell’ingegneria civile (ad esempio come elementi di copertura), nell’ingegneria meccanica (ad esempio, nelle carrozzerie delle auto) e nell’ingegneria aeronautica (ad esempio, nelle fusoliere e nelle ali degli aerei). Inoltre, la schematizzazione “a guscio” è comunemente utilizzata come modello strutturale in molte altre scienze e tecnologie (ad esempio, nella medicina, nella biologia e nelle nanotecnologie). Le applicazioni in questi ultimi settori si differenziano per la necessità di prendere in considerazione “gusci” costituiti da nuovi materiali (laminati, schiume, materiali con resistenza differenziata, fullereni, nanofilms, membrane biologiche, tessuti molli e così via, invece di calcestruzzo armato o lamiera di acciaio). Ciò comporta la necessità di una revisione delle teorie tradizionali per tener conto di effetti di superficie e interfaccia (che acquistano un’importanza crescente al ridursi delle dimensioni, e non possono essere trascurati, ad esempio, nel caso di materiali come film sottili e nanotubi multistrato).

Il corso illustra gli strumenti teorici e numerici che possono essere utilizzati nell’analisi delle strutture a guscio tradizionali dell’ingegneria civile, meccanica e aeronautica e delle strutture, schematizzabili come gusci, che sono di interesse nei nuovi settori di ricerca.



CONFIGURAZIONI SINGOLARI DI MECCANISMI E MANIPOLATORI
22 – 26 settembre


Coordinatori:

Dimiter Zlatanov (Università degli Studi di Genova)

Andreas Mueller (UM-SJTU JI*: University of Michigan - Shanghai Jiao Tong University Joint Institute, Shanghai)

Rinunciando a ogni pretesa di rigore matematico, si possono definire “singolari” quelle configurazioni dei meccanismi attuatori nelle quali il movimento del componente spostato ha velocità nulla per qualsiasi velocità del motore. (Si pensi, ad esempio, al meccanismo attuatore “biella-manovella” nel quale, in un intorno immediato dei punti morti superiore e inferiore, sono necessarie grandi rotazioni della manovella per ottenere piccoli movimenti del pistone). Atteso il comportamento anomalo dei meccanismi nelle configurazioni singolari, nei meccanismi complessi utilizzati dai manipolatori si cerca di evitare, attraverso una pianificazione delle traiettorie, il funzionamento in vicinanza delle configurazioni singolari. Di conseguenza, l’analisi e la previsione delle singolarità hanno un ruolo importante nella progettazione e nell’uso dei manipolatori. Altrettanto importanti sono le metodologie di pianificazione delle traiettorie che consentono di evitare singolarità negli spazi di lavoro veri e propri. In armonia con tali premesse, il corso offre una panoramica completa e aggiornata delle metodologie di previsione delle singolarità e degli algoritmi di pianificazione delle traiettorie prive di singolarità.

(*) Offre corsi di laurea in Inglese in Cina, frequentati da studenti locali e studenti visitatori dell’Università del Michigan.



TECNICHE AVANZATE DI SOLUZIONE AGLI ELEMENTI FINITI
6 – 10 ottobre


Coordinatori:

Joerg Schroeder (Università di Duisburg-Essen, Essen, Germania)

Peter Wriggers (Università di Honnover, Germania)

Nelle soluzioni agli elementi finiti dei problemi di meccanica computazione vengono ormai utilizzate, quasi sempre, metodologie avanzate, allo scopo di migliorare prestazioni e affidabilità delle simulazioni numeriche.

Un grande punto di forza del metodo degli elementi finiti è l’amplissima gamma di possibili applicazioni (che, ricordiamolo, vanno da quelle ben note in aree dell’ingegneria civile, meccanica e aerospaziale, a quelle meno conosciute in settori della fisica, della biologia e della medicina). Nelle soluzioni agli elementi finiti dei problemi di meccanica computazione che si incontrano nella ree di applicazione innovative vengono ormai utilizzate, quasi sempre, metodologie avanzate, allo scopo di migliorare prestazioni e affidabilità delle simulazioni numeriche. Anche nelle aree di applicazione tradizionali, tuttavia, l’introduzione di nuovi materiali, tecnologie e metodi di produzione, e la necessità di ottimizzare prodotti e componenti, richiedono metodi di soluzione numerici avanzati con elevate caratteristiche di affidabilità e prestazioni elevate anche in situazioni geometriche complesse ed in presenza di comportamenti non lineari dei materiali.

Dal punto di vista delle tecniche di soluzione agli elementi finiti, le considerazioni precedenti giustificano la spinta verso la messa a punto di procedure innovative che, in questo corso, vengono illustrate a un livello accessibile agli utenti di codici commerciali ed ai ricercatori che intendono occuparsi di questo promettente settore della meccanica computazionale.



CORSI DI FORMAZIONE PROFESSIONALE AVANZATA


SVILUPPI NELLA TECNOLOGIA DELLE CELLE A COMBUSTIBILE A OSSIDI SOLIDI OPERANTI A MEDIA E ALTA TEMPERATURA
14 – 18 luglio


Coordinatori:

Marta Boaro (Università ddegli Studi di Udine)

Antonino Aricò (ITAE - Istituto di Tecnologie Avanzate per l’Energia, CNR – Consiglio Nazionale delle Ricerche, Messina)

Le celle a combustibile sono dispositivi elettrochimici che producono energia elettrica convertendo direttamente (ovvero senza passare attraverso un processo di combustione) l’energia chimica del combustibile. Tra le celle a combustibile, quelle a ossidi solidi SOFC (Solide Oxide Fuel Cell) sono caratterizzate da temperature di esercizio comprese tra 700 °C (medie) e 1000 °C (alte), che consentono l’alimentazione diretta con miscele di idrogeno, ossido di carbonio ed idrocarburi ottenute, ad esempio, dalla gassificazione del carbone. Inoltre, le temperature elevate del calore sensibile prodotto dalle reazioni chimiche interne, consentono lo sviluppo di sistemi di cogenerazione (ovvero di produzione simultanea di elettricità e calore) caratterizzati da rendimenti molto elevati. Poiché il combustibile di partenza è povero, non sorprende che le SOFC siano considerate estremamente promettenti per la cogenerazione, pur essendo di gestione abbastanza complessa.

Il corso descrive i fondamenti e gli sviluppi più recenti nella tecnologia delle celle SOFC, arrivando fino alla modellizzazione matematica e all’ottimizzazione dei sistemi per la produzione di energia basati sull’utilizzo di questa tipologia di celle a combustibile.



VALUTAZIONE DEL RISCHIO SISMICO E PROGETTAZIONE DI IMPIANTI INDUSTRIALI IN ZONE SISMICHE
13 – 17 ottobre


Coordinatori:

Oreste S. Bursi (Università ddegli Studi di Trento)

Spyros A. Karamanos (Università della Tessaglia, Volo, Grecia)

Negli ultimi anni, anche a causa di una serie di tragici eventi, è aumentata la consapevolezza del rischio rappresentato dagli incidenti tecnologici provocati da catastrofi naturali (NATECH – Natural Hazard Triggered Technological Accidents). Dal punto di vista NATECH, appaiono particolarmente pericolosi, per la loro numerosità e diffusione geografica, gli impianti chimici e petrolchimici. In questo settore, gli incidenti industriali causati da eventi naturali, come i terremoti, sono stati il 5% del totale e hanno provocato rilascio di sostanze pericolose, incendi, esplosioni e danni alle persone.

In molti Stati Europei, anche in zone ad alta sismicità, il rischio associato ai terremoti viene valutato con criteri probabilistici (analoghi a quelli utilizzati per le centrali nucleari) o considerato un normale rischio operativo compatibile con la sicurezza degli impianti. Il corso dimostra, invece, che è possibile giungere a una valutazione quantitativa dei rischi basata sugli sviluppi più recenti dell’ingegneria sismica, in modo da assicurare, nelle diverse situazioni e nei diversi Stati, livelli uniformi di protezione per impianti e componenti.