CORSI 2015

CORSI AVANZATI


COST – Cooperazione (Europea) Scientifica e Tecnologica - Corso Estivo su
INTERAZIONE DI FLUIDI CON STRUTTURE E ORGANISMI MICROSCOPICI
25 – 29 Maggio 2015

Coordinatori:

Olivia du Roure (PMMH e ESPCI, Parigi)
Michael Shelley (New York University)

L’interazione di fluidi con strutture e organismi microscopici è argomento di grande importanza e attualità per l’ingegneria chimica, la scienza dei materiali e la biofisica. Le sospensioni di particelle microscopiche opportunamente trattate possono, infatti, riunirsi in strutture più complesse a scala mesoscopica (intermedia tra micro e macro) utilizzate nella realizzazione di adesivi, detergenti, cosmetici, vernici, additivi alimentari e lubrificanti. Inutile poi sottolineare l’importanza delle sospensioni di microparticelle attive, come i batteri, e l’interesse connesso ai metodi di propulsione (basati su flagelli e ciglia) utilizzati da questi microorganismi per spostarsi nei fluidi sia nell’ambiente sia all’interno dei sistemi biologici.



DINAMICA DEI FLUSSI A BOLLE
8 – 12 Giugno 2015

Coordinatori:

• Fréderic Risso (CNRS e Università di Tolosa)
Chao Sun (Università di Twente, Olanda)

La comprensione dei flussi a bolle ha molta importanza pratica in settori quali l’ingegneria chimica (colonne a bolle), il trattamento dell’acqua (ossigenazione e purificazione), l’ingegneria nucleare (reattori ad acqua bollente, depressurizzazioni accidentali), i trasporti navali (riduzione della resistenza di attrito viscoso degli scafi) e la medicina (ecografie con mezzi di contrasto a microbolle). Le bolle in sospensione nei liquidi sono prive di inerzia, deformabili e comprimibili e, di conseguenza, la dinamica dei flussi a bolle è molto complessa e richiede una molteplicità di approcci. In questo quadro, le simulazioni numeriche sono particolarmente indicate per studiare il comportamento delle bolle singole, mentre gli approcci sperimentali forniscono informazioni più attendibili sugli sciami di bolle. Gli approcci teorici, infine, consentono di arrivare ad equazioni mediate del moto valide per flussi contenenti un numero molto grande di bolle disperse in modo casuale.



MECCANICA DELLE CELLULE E DEI TESSUTI OSSEI
22 – 26 Giugno 2015

Coordinatore:

Bert van Rietbergen (Università Tecnologica di Eindhoven, Olanda)

Nonostante i progressi compiuti dalla biologia, i processi di formazione e rimozione dei tessuti ossei non sono ancora pienamente compresi, soprattutto per la parte riguardante l’influenza dei carichi meccanici sul rimodellamento osseo. A livello d’organo, la resistenza ossea viene valutata mediante metodologie di visualizzazione e di simulazione numerica, mentre il rimodellamento osseo è considerato un processo di ottimizzazione che adatta la densità e la forma dell’osso alle condizioni di carico meccanico. A livello di tessuto, l’osso è caratterizzato da strutture porose molto complesse che hanno la capacità di adattarsi a carichi meccanici variabili in un ampio intervallo. Grazie a metodologie di visualizzazione tridimensionale, disponibili da non molti anni, è stato possibile comprendere questi processi di adattamento e, soprattutto, l’influenza esercitata su di essi da diverse patologie. A livello cellulare, si ritiene che l’influenza dei carichi si eserciti attraverso meccanismi di rilevazione basati su sistemi biochimici di trasmissione dei segnali tra cellule. La piena comprensione di tali meccanismi, tuttavia, è ancora oggetto di ricerca.



IUTAM – Unione Internazionale di Meccanica Teorica ed Applicata – Ventunesima Scuola Internazionale Estiva su
MISURA, ANALISI E CONTROLLO PASSIVO DELLE VIBRAZIONI TERMOACUSTICHE
29 Giugno – 3 Luglio 2015

Coordinatore:

Matthew Juniper (Università di Cambridge)

Le vibrazioni termocustiche sono causa frequente di incidenti nelle camere di combustione di razzi e turbine a gas. Esse sono causate dall’accoppiamento tra le oscillazioni di pressioni connesse alle sempre presenti onde acustiche stazionarie e le oscillazioni dei processi di combustione che aumentano di intensità, fornendo più calore, quando la pressione è più alta e diminuiscono di intensità, fornendo meno calore, quando la pressione è più bassa. Di conseguenza, l’ampiezza delle oscillazioni di pressione tende ad amplificarsi in quanto una fornitura di calore più elevata comporta aumenti più elevati di temperatura e pressione rispetto ad una fornitura di calore meno elevata. In linea di principio, le vibrazioni termoacustiche possono essere controllate in modo attivo generando onde di pressione in opposizione di fase ma, nel caso di razzi e turbine, questa procedura appare troppo rischiosa. Pertanto, dopo aver attentamente misurato e analizzato le vibrazioni che possono instaurarsi in una camera di combustione prototipo, si preferisce modificare opportunamente la geometria ed, eventualmente, anche aggiungere degli opportuni smorzatori di oscillazione.



MISCELAMENTO E DISPERSIONE NEI FLUSSI DOMINATI DA ROTAZIONE E CONVEZIONE NATURALE
6 – 10 Luglio 2015

Coordinatori:

Herman Clercx (Università Tecnologica di Eindhoven, Olanda)
Gert Jan van Heijst (Università Tecnologica di Eindhoven, Olanda)

Rotazione e convezione naturale (ovvero indotta da differenze di temperatura) giocano un ruolo essenziale in molti flussi di interesse per l’astrofisica, la geofisica, le scienze ambientali e le applicazioni industriali. Esse influenzano la transizione alla turbolenza e le caratteristiche del moto turbolento che si instaura e, in questo modo, condizionano il miscelamento, la dispersione e il deposito di traccianti, particelle e goccioline in sospensione. Esempi interessanti sono il trasporto convettivo di calore su larga scala negli oceani e nell’atmosfera, il trasporto e il deposito di sedimenti ad opera delle correnti costiere, la dispersione di particelle sospese negli estuari, e la dispersione di aerosoli e inquinanti nell’atmosfera. La crescente disponibilità di risorse di calcolo, e l’introduzione di tecniche di misura avanzate (basate, ad esempio su sistemi ottici e su metodologie di tracciamento delle particelle) hanno consentito l’analisi e la simulazione di flussi sempre più complessi e la conseguente previsione dei processi di dispersione associati ad essi.



CISMAIMETA (Associazione Italiana di Meccanica Teorica ed Avanzata) – Corso avanzato su
L’ARTE DELLA MODELLIZZAZIONE DEI SISTEMI MECCANICI
27 – 31 Luglio 2015

Coordinatori:

Friedrich Pfeiffer (Università Tecnica di Monaco, Germania)
Hartmut Bremer (Università Giovanni Keplero di Linz, Austria)

Nell’Ingegneria e nella Fisica, i modelli rappresentano il mondo reale “al meglio delle nostre conoscenze”. Tutte le descrizioni matematiche, infatti, si basano su schematizzazioni che descrivono i sistemi fisici come insiemi di elementi semplici (masse, molle, ammortizzatori, tubazioni e così via) interconnessi in maniera opportuna. Di conseguenza, è giusto porsi il problema di come arrivare a schematizzazioni che siano le più semplici possibile e, allo stesso tempo, complesse quanto necessario. E il raggiungimento di questo obiettivo è, ancora, un’arte più che una scienza, anche se esistono alcune regole ben definite dettate dall’esperienza.
In primo luogo, i modelli devono descrivere le caratteristiche essenziali di un sistema in modo tale da consentire la determinazione delle influenze dei singoli parametri sul sistema stesso nella sua interezza. In secondo luogo, i modelli delle apparecchiature devono essere dettagliati in modo sufficiente da consentire la comprensione fisica del funzionamento e, con essa, il miglioramento dei processi di progettazione delle apparecchiature stesse. Infine, per facilitare la comprensione fisica, i modelli devono rispecchiare i sistemi reali, sia pure in un modo necessariamente più qualitativo.



SIMILARITÀ, SIMMETRIA E TEORIA DEI GRUPPI IN MECCANICA
7 – 11 Settembre 2015

Coordinatori:

Jean Francois Ganghoffer (Università della Lorena, Nancy, Francia)
Ivailo Mladenov (Accademia delle Scienze Bulgara, Sofia)

Le analisi di similarità e simmetria, basate sulla teoria dei gruppi, possono essere vantaggiosamente applicate alla soluzione di molti problemi di meccanica dei solidi, fluidodinamica, fisica dei materiali e calcolo numerico. Il corso si propone quindi di diffondere la conoscenza di tali tecniche tra gli studenti di dottorato che volessero dedicarsi a ricerche nel settore e, soprattutto, tra i ricercatori industriali e gli ingegneri interessati ad un uso pratico, ma corretto, di questi potenti strumenti di indagine.



TRASPORTO DI PARTICELLE IN FLUSSI TURBOLENTI CONFINATI: DEPOSIZIONE, RISOSPENSIONE E AGGLOMERAZIONE
14 – 18 Settembre 2015

Coordinatori

Jean-Pierre Minier (EDF R&D - MFEE Meccanica dei Fluidi Energia e Ambiente, Chatou, Francia)
Jacek Pozorski (IMP Istituto di Macchine a Fluido, Accademia Polacca delle Scienze, Gdansk)

Nelle correnti che trasportano particelle in sospensione, la presenza delle pareti di confine innesca una serie di fenomeni (come deposizione, risospensione, agglomerazione) in grado di modificare il moto delle correnti stesse. Questi fenomeni sono tipici di molti processi tecnologici che interessano i settori dell’energia, dell’elettronica, dell’industria alimentare, del trattamento delle acque e della micro-meccanica e, inoltre, hanno luogo in svariati contesti ambientali, biologici e medici.
Nella deposizione, risospensione e agglomerazione di particelle intervengono tre interazioni fondamentali: particelle/fluido, particelle/superfici di confine e particelle tra loro, ed i due principali meccanismi fisici in gioco sono il trasporto idrodinamico delle particelle e l’adesione delle particelle alle pareti. Gli studi disponibili in letteratura, infatti, rientrano in una delle due categorie principali nelle quali prevalgono, rispettivamente, l’approccio idrodinamico (macroscopico) con tendenza a trascurare il ruolo (a livello micro) delle forze di adesione, e l’approccio fisico-chimico (microsopico) con difficoltà a descrivere i fenomeni (macroscopici) di trasporto. A questo stato di cose, tuttavia, è possibile rimediare adottando modelli multi-scala basati sulla simulazione numerica diretta della turbolenza, supportati dal confronto con i risultati di metodi di misura innovativi (come PIV/PTV - Particle Image Velocimetry/Particle Tracking Velocimetry e AFM - Atomic Force Microscopy).



CISM-ECCOMAS (European Community on Computational Mechanics in Applied Sciences) Scuola Estiva Internazionale su
MODELLIZZAZIONE, SIMULAZIONE E CARATTERIZZAZIONE DEI MATERIALI ETEROGENEI MULTI SCALA
28 Settembre – 2 Ottobre 2015

Coordinatori

Daniel Dias-da-Costa (Università di Sidney, Australia e Università di Coimbra, Portogallo)
Stéphane P.A. Bordas (Università del Lussenburgo, Lussenburgo e Università di Cardiff, Regno Unito)

Su scala opportuna, tutti i materiali si presentano come eterogeni e, talvolta, anche discontinui. Per tenere conto delle sisomogeneità si possono utilizzare proprietà medie o considerare esplicitamente la struttura su scala micro o meso (ovvero intermedia) dei materiali stessi. Nel caso di rotture o cedimenti strutturali, tuttavia, non è più possibile separare gli effetti micro da quelli macro ed è, perciò, necessario ricorrere a modelli adattativi capaci di operare simultaneamente su più scale.
Senza entrare in particolari troppo tecnici, si può affermare che i modelli di simulazione tradizionali agli elementi finiti strutturati non sono facilmente impiegabili nel caso di materiali eterogenei, mentre vanno prendendo piede i modelli di simulazione “mesh-free” ovvero capaci di operare con un numero di punti comunque disposti nel dominio. Questi ultimi metodi, infatti, ben si prestano al confronto con i risultati di misure sperimentali che, tipicamente, riguardano punti sparsi nel dominio. L’accoppiamento dei metodi mesh-free con le nuove tecnologie di misura basate sui metodi ottici senza contatto del tipo DIC (Correlazione Digitale di Immagini) hanno portato, infatti, a una rivoluzione nelle procedure di prova dei materiali. In particolare, la visualizzazione digitale delle mappe di deformazione ha gettato nuova luce sulla caratterizzazione e la modellizzazione delle eterogeneità, e sulla conseguente identificazione delle proprietà dei materiali.



IDENTIFICAZIONE DELLE PROPRIETÀ DEI MATERIALI E PROBLEMI INVERSI NELLA BIOMECCANICA DEI TESSUTI MOLLI
12 -16 Ottobre 2016

Coordinatori

Stéphane Avril (Ecole des Mines, Saint-Etienne, Francia)
Sam Evans (Università di Cardiff, Regno Unito)

In molti settori della medicina e dell’ingegneria biomedica è necessario disporre delle proprietà meccaniche dei materiali investigati. La biomeccanica dei tessuti molli (o soffici, ovvero non mineralizzati) è, forse, il più importante di questi settori. In generale, la misura diretta delle proprietà meccaniche dei tessuti molli risulta difficile e , di conseguenza, si preferisce fare ricorso a metodologie di determinazione inverse. In accordo a queste metodologie si procede alla misura di grandezze facilmente determinabili (come, ad esempio, le deformazioni in risposta a ben determinate sollecitazioni) e, nelle simulazioni numeriche si cerca di riprodurre i risultati delle misure variando, in base a criteri di ottimizzazione ben collaudati, le proprietà dei materiali utilizzate nei calcoli fino ad ottenere un buon accordo tra risultati misurati e calcolati.
Per il successo delle metodologie di determinazione inversa è, tuttavia, necessario partire da misure sperimentali affidabili estese a zone abbastanza vaste di tessuto. In questo senso, i metodi di misura ottici senza contatto sembrano aprire nuove prospettive. Dal punto di vista delle simulazioni numeriche, invece, è necessario disporre di modelli di calcolo accurati che possano venir applicati ripetutamente in tempi brevi utilizzando insiemi diversi di proprietà dei materiali. Ciò richiede modelli semplici e, allo stesso tempo, accurati: due caratteristiche non facili da ottenere nel caso dei tessuti biologici molli che, spesso, presentano anisotropie e proprietà medie variabili da punto a punto.



CORSI APT (ADDESTRAMENTO PROFESSIONALE AVANZATO)


TECNICHE DI CATTURA DELLANIDRIDE CARBONICA PER L’ATTENUAZIONE DEL CAMBIAMENTO CLIMATICO
20 – 24 Luglio 2015

Coordinatore

José-Manuel Valverde (Università di Siviglia, Spagna)

Attesa l’evidenza scientifica che lega l’aumento delle emissioni di anidride carbonica al cambiamento climatico in atto, appare necessaria e urgente la messa a punto di tecniche di cattura e immagazzinamento dell’anidride carbonica applicabili su scala industriale ed a costi ragionevoli negli impianti per la produzione di energia che utilizzano combustibili fossili. Di qui l’opportunità di presentare una panoramica delle tecniche già disponibili e di quelle emergenti.
Le tecniche, tuttavia, vanno messe in opera anche in presenza di inevitabili aumenti dei costi di produzione dell’energia. Di qui la necessità di una revisione approfondita delle normative Europee e dell’individuazione di strategie di riduzione globali più efficaci di quelle utilizzate sinora.