CORSI 2017

CORSI AVANZATI


METODI COMPUTAZIONALI PER L’ANALISI, LA PROGETTAZIONE DEI MATERIALI E IL COMPORTAMENTO A ROTTURA DEI MATERIALI COMPOSITI
3 – 7 aprile

Coordinatore:

Erasmo Carrera (Politecnico di Torino)

Il corso mira a illustrare i fondamenti ed a fornire alcuni concetti avanzati per l’analisi e la progettazione dei materiali compositi, nonché del loro impiego nelle strutture. In particolare, le lezioni vertono su: teoria delle strutture lamellari e modellizzazione agli elementi finiti, danneggiamento e comportamento a rottura, problemi di impatto, realizzazioni di materiali “su misura”, tecnologie di fabbricazione e ottimizzazione delle strutture composite. I docenti, specialisti nei diversi settori, illustreranno le applicazioni pratiche dei materiali compositi in alcune strutture innovative di interesse per le industrie aeronautiche, spaziali, navali, automobilistiche e biomediche.



CISMAIMETA (Associazione Italiana di Meccanica Teorica e Avanzata) – Scuola avanzata su
STABILITÀ DINAMICA E BIFORCAZIONE NELLA MECCANICA DEI SISTEMI NONCONSERVATIVI
10-14 aprile

Coordinatori:

Oleg Kirillov (Accademia delle Scienze Russa - Istituto di Matematica Steklov, Mosca, Russia)
Davide Bigoni (Università di Trento)

L’interesse per la meccanica dei sistemi nonconservativi (cioè sistemi nei quali il lavoro compiuto da una forza dipende dal percorso compiuto, e non solo dai punti iniziale e finale del percorso stesso) risale alla fine del 1800 quando, nelle navi, apparvero fenomeni di instabilità degli alberi di azionamento delle eliche soggetti a spinta e torsione insieme. Nello stesso periodo, lo studio della formazione dei pianeti mise in evidenza la distruzione degli effetti giroscopici stabilizzanti negli elissoidi/pianeti rotanti contenenti all’interno liquido/magma, a causa dei processi dissipativi che si instaurano nel liquido/magma stesso. Attualmente, l’analisi degli effetti di carichi destabilizzanti e processi dissipativi viene considerata parte integrante della meccanica dei fluidi e dei solidi. In particolare, le interazioni fluido-struttura interessano la biomeccanica, la micro- e nano-meccanica, l’opto-meccanica, la robotica e la scienza dei materiali. Il corso offre una visione unificata dei risultati classici e dei progressi recenti nell’analisi della stabilità, della biforcazione dei percorsi verso l’equilibrio e della dinamica dei sistemi nonconservativi. Gli esempi di applicazione riguardano le vibrazioni indotte dall’azione aerodinamica su ali, aste e all’interno della tubazioni, oltre ai fenomeni di instabilità nei materiali piezolettrici e nel deflusso dei materiali granulari, la dinamica delle strutture di grande lunghezza soggette a carichi mobili, la sicurezza dei treni ad alta velocità, la locomozione dei robot non rigidi, le vibrazioni autoeccitate nei freni, l’analisi del moto nei sistemi con gradi di libertà non controllabili come biciclette, slitte e skateboards.



MODELLI MESOSCALA: DALLA MICRO-FISICA ALLA MACRO-INTERPRETAZIONE
22-26 maggio

Coordinatori:

Hussein Zbib (Università dello Stato di Washington, Pullman, USA)
Sinisa Mesarovic (Università dello Stato di Washington, Pullman, USA)
Samuel Forest (Centro dei Materiali, MINES ParisTech, Evry, Francia)

Negli ultimi decenni, i progressi compiuti nella modellizzazione dei materiali su diverse scale spaziali e temporali hanno dimostrato che le difficoltà maggiori si incontrano a livello della mesocala, ovvero di una scala molto maggiore di quella atomica (microscala) e molto minore di quella macroscopica (tipica delle osservazioni tradizionali). Il corso è focalizzato su quattro aree rappresentative delle possibili analisi su scala mesoscopica:
- plasticità dei materiali in presenza di dislocazioni, ovvero di difetti estesi;
- struttura e moto delle interfacce in solidi e fluidi anche in presenza di discontinuità;
- fondamenti dei modelli continui comunemente adottati su scala macroscopica;
- comportamento dei materiali granulari quali, terreni, polveri, colloidi e metalli amorfi.
Lo scopo del corso è illustrare lo stato dell’arte, suggerire argomenti di ricerca e identificare le basi matematiche e fisiche necessarie per le applicazioni ingegneristiche.



VERSO L’INTEGRAZIONE SENZA ERRORI DI CAD E SIMULAZIONI
5-9 giugno

Coordinatori:

Stéphane P.A. Bordas (Università del Lussemburgo)
Gernot Beer (Università Tecnologica di Graz, Austria)

Il corso è focalizzato sull’analisi isogeometrica che si fonda, appunto, sull’utilizzo, nelle simulazioni numeriche, della struttura dati fornita direttamente dal CAD (Computer Aided Design - Progettazione Assistita dal Calcolatore) con evidenti vantaggi nella descrizione del dominio di calcolo e, di conseguenza, nei processi di ottimizzazione. Il precedente Corso CISM “Metodi Isogeometrici nelle Simulazioni Numeriche”, tenuto nel 2013, aveva avuto un carattere introduttivo. Il nuovo corso, invece, è focalizzato sull’applicazione dei nuovi metodi numerici che consentono l’integrazione di CAD e simulazioni. Il corso, quindi, è rivolto a ingegneri che utilizzano le simulazioni numeriche nella progettazione, a sviluppatori software ed a ricercatori interessati ad una panoramica su fondamenti e sullo “stato dell’arte” di un settore in rapido sviluppo.



CISM-IUTAM (Unione Internazionale di Meccanica Teorica ed Applicata) – XXIII Scuola Internazionale Estiva su
CRESCITA E RIMODELLIZZAZIONE NEI TESSUTI BIOLOGICI SOFFICI
12-16 giugno

Coordinatori:

Christian Cyron (Università Tecnica di Monaco, Germania)
Jay Humphrey (Università di Yale, New Haven, USA)

Una delle principali differenze tra materiali classici dell’ingegneria ed i tessuti viventi è la capacità di questi ultimi di crescere e rimodellarsi in risposta a diversi stimoli. Il comportamento meccanico dei tessuti viventi è, infatti, governato sui tempi brevi (dell’ordine dei minuti) dalle risposte elastiche o viscoelastiche ai carichi applicati, e sui tempi lunghi (tra ore e mesi) dai processi di crescita e rimodellizzazione. In particolare crescita e rimodellizzazione indotti da stimoli chemio-meccanici giocano un ruolo importante nella morfogenesi durante il primo periodo di vita mentre, successivamente, intervengono nella omeostasi (cioè nel mantenimento a livelli prefissati dei parametri interni) e negli adattamenti richiesti per fronteggiare, ad esempio, patologie, infortuni e interventi chirurgici. Crescita e rimodellizzazione, infine, possono essere indotti anche da stimoli essenzialmente meccanici, come si può osservare in diversi tessuti soffici che vanno da tendini e arterie fino all’occhio ed al cervello.



MECCANICA DEI CONTINUI E FISICA DEI CRISTALLI LIQUIDI
26-30 giugno

Coordinatori:

Luigi Vergori (Università di Glasgow, Gran Bretagna)
Gaetano Napoli (Università del Salento)

I cristalli liquidi sono materiali in uno stato intermedio tra quello dei liquidi convenzionali e quello dei cristalli solidi: possono scorrere come nei liquidi, ma le loro molecole possono essere orientate lungo una comune direzione come nei cristalli. L’orientazione delle molecole, ad esempio, può aver luogo in direzione parallela o normale ad un campo magnetico o elettrico. In questo modo, l’applicazione di un campo opportuno può attivare, o interrompere, la trasmissione della luce polarizzata attraverso i cristalli liquidi. Grazie a questa proprietà i cristalli liquidi trovano impiego in moltissimi “display” per l’elettronica, quali monitor di computer, e schermi di televisori, telefoni cellulari, e orologi digitali. Il corso mira a fornire una panoramica sull’uso della più recenti teorie della meccanica dei continui per spiegare e modellizzare il comportamento dei cristalli liquidi nelle più interessanti applicazioni pratiche.



MECCANICA DELLE SCHIUME LIQUIDE E SOLIDE
3-7 luglio

Coordinatori:

Andrew Kraynik (Laboratori Nazionali Sandia, Albuquerque, NM, USA)
Stelios Kyriakides (Università del Texas, Austin, USA)

Il corso è focalizzato sulle relazioni tra microstruttura a celle e comportamento meccanico delle schiume liquide e solide, nonché dei materiali biologici e sintetici a struttura schiumosa. Nelle schiume liquide, quali quelle prodotte dai saponi, le celle sono formate da bolle di gas di forma poliedrica separate da sottili film di liquido stabilizzato da tensioattivi. I solidi a struttura schiumosa (come i polimeri, diversi cibi, e le schiume metalliche) si ottengono, invece, a partire da schiume liquide che solidificano formando strutture a celle chiuse o aperte. In tali schiume liquide, la crescita delle bolle di gas e la relativa evoluzione verso celle a struttura poliedrica sono passaggi chiave nei processi produttivi delle schiume solide, e vanno analizzati con riferimento simultaneo alla meccanica dei liquidi e dei solidi. L’architettura risultante per le celle può essere vista come un insieme di poliedri che riempiono tutto lo spazio disponibile, formando reticoli regolari o casuali. Reticoli simili contraddistinguono anche diversi materiali biologici come i tessuti ossei trabecolari, il citoscheletro e le cellule di alcuni tessuti animali come l’occhio della Drosofila (mosca della frutta). A livello applicativo, le schiume liquide trovano impiego negli estintori, nella separazione dei minerali grezzi, nel recupero del petrolio residuo dai pozzi, oltre che in una vasta gamma di cibi e bevande. Per contro, le schiume solide sono i costituenti di molti materiali a bassa densità, caratterizzati da un elevato rapporto tra rigidezza, resistenza meccanica e densità, capaci di assorbire gli urti e caratterizzati da ottime prestazioni di isolamento termo-acustico.



MECCANICA DELLE CELLULE E DEI TESSUTI OSSEI
10-14 luglio

Coordinatore:

Bert van Rietbergen (Università Tecnologica di Eindhoven, Olanda)

L’osso è un materiale molto interessante: resistente eppure leggero, si adatta alle variazioni di carico, dura per l’intera vita e si auto-ripara dopo una frattura. Nonostante i progressi compiuti dalla biologia, i processi di formazione e rimozione dei tessuti ossei non sono ancora pienamente compresi, soprattutto per quel che riguarda i meccanismi di controllo e l’influenza dei carichi meccanici sul rimodellamento osseo. L’obiettivo del corso, infatti, è quello di illustrare lo stato delle conoscenze su questi argomenti con riferimento ai tre diversi livelli di organizzazione dell’osso: organo, tessuto e cellule. 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 tridimensionali molto complesse, che hanno la capacità di adattarsi a carichi meccanici variabili in un ampio intervallo. Grazie alle metodologie di visualizzazione tridimensionale resesi disponibili negli ultimi anni, è stato possibile modellare e comprendere questi processi di adattamento, nonché l’influenza esercitata su di essi da diverse patologie. A livello cellulare, l’influenza dei carichi si esercita attraverso sensori molecolari che consentono la trasmissione dei segnali tra cellule. In questi processi, anche la porosità del tessuto osseo gioca un ruolo importante perché la trasmissione dei segnali sembra aver luogo attraverso la fase liquida che riempie i pori. La piena comprensione di questi processi, tuttavia, è ancora oggetto di ricerca.



CISM-ECCOMAS (European Community on Computational Mechanics in Applied Sciences) Scuola Estiva Internazionale su
NUOVE TECNICHE AGLI ELEMENTI FINITI PER SOLIDI E STRUTTURE
10-22 settembre

Coordinatori:

Jörg Schröder (Università di Duisburg-Essen, Essen, Germania)
Paulo de Mattos Pimenta (Scuola Politecnica - Università di San Paolo, Brasile)

Attualmente, la maggior parte delle applicazioni ingegneristiche nei settori della meccanica dei solidi e dell’analisi delle strutture si basa su tecniche di soluzione agli elementi finiti. Di qui l’interesse delle ricerche su nuove tecniche in grado di espandere il campo di applicazione e migliorare l’affidabilità delle simulazioni agli elementi finiti. L’obiettivo di questo corso è presentare nuove idee e sviluppi sulle formulazioni più recenti del metodo per la meccanica dei solidi, in generale, e l’analisi di strutture flessibili, in particolare. In quest’ottica, una attenzione speciale è rivolta alle procedure di automazione delle analisi nelle diverse fasi di: formulazione del problema, descrizione geometrica del dominio, generazione ed ottimizzazione del codice di calcolo. Le procedure automatiche, infatti, sono indispensabili per giungere, a costi ragionevoli, alla simulazione affidabile di problemi ingegneristici complessi. La gamma delle possibili applicazioni è molto ampia e va da quelle ben note in diverse aree dell’ingegneria civile e meccanica, fino a quelle emergenti in settori della biomeccanica e della multifisica. Per tutti questi motivi il corso è d’interesse sia per ricercatori che intendono occuparsi di questo promettente settore, sia per gli utenti di codici commerciali che operano nell’industria.



FLUSSI DI MATERIA
25-29 settembre

Coordinatori:

Bernhard Mehlig (Università odi Gotheborg, Svezia)
Benjamin Dollet (Istituto di Fisica di Rennes, CNRS - Consiglio Nazionale della Ricerca Scientifica, Università di Rennes, Francia)

Nell’ambiente esterno e nei processi industriali si incontrano molti esempi di flussi di materia che vanno dalle sospensioni diluite di micro-organismi e sostanze inorganiche trasportate dagli oceani, alle sospensioni concentrate di particelle interattive che si incontrano nei processi industriali sotto forma di schiume e materiali allo stato vetroso. Attualmente, i flussi di materia sono un importante argomento di ricerca con molte sfaccettature diverse. Alcune, come la materia attiva, sono apparse solo di recente, mentre altre hanno ricevuto impulso da nuove tecniche sperimentali, come il tracciamento delle particelle o dai progressi compiuti dai metodi di simulazione al computer guidati da formulazioni teoriche innovative. Gli sviluppi recenti, a loro volta, hanno stimolato nuove ricerche, ad esempio sul ruolo della turbolenza e sulle interazioni tra la dinamica delle singole particelle a livello microscopico ed i risultanti flussi organizzati di materia a livello macroscopico. Gli argomenti trattati nel corso riguardano, tra gli altri, l’idrodinamica ai bassi numeri di Reynolds, la reologia di vetri e schiume, le sospensioni colloidali, la materia “attiva”, e il trasporto di particelle nei flussi turbolenti. Il corso rientra nel programma europeo COST (Cooperazione Europea nella Scienza e nella Tecnologia) e costituisce l’Action MP 1035 “Flowing Matter”. In aggiunta alle lezioni, infatti, saranno organizzati dei brevi seminari di ricerca per approfondire gli argomenti trattati nelle lezioni stesse.



IDENTIFICAZIONE DELLE PROPRIETÀ DEI MATERIALI E PROBLEMI INVERSI NELLA BIOMECCANICA DEI TESSUTI MOLLI
16-20 ottobre

Coordinatori:

Sam Evans (Università di Cardiff, Gran Bretagna)
Stéphane Avril (Università di Lione, Francia)

Il corso si ricollega a quello, con lo stesso nome, tenuto al CISM nel 2015 nel quale sono stati forniti i fondamenti teorici. Questa volta, anche attraverso esercitazioni pratiche, verranno trattati gli aspetti applicativi delle metodologie inverse per l’identificazione delle proprietà dei materiali nella biomeccanica dei tessuti molli (o soffici, ovvero non mineralizzati). In molti settori della medicina e dell’ingegneria biomedica è necessario disporre delle proprietà meccaniche dei tessuti molli. In generale, la misura diretta di queste proprietà risulta difficile e, di conseguenza, si preferisce fare ricorso a metodologie di determinazione inversa, procedendo alla simulazione numerica di un esperimento e variando, per tentativi, le proprietà del materiale fino a quando si ottiene un buon accordo con i risultati sperimentali. Si intuisce facilmente che, per il successo delle metodologie inverse, è necessario disporre di modelli computazionali che possano venir applicati ripetutamente in tempi brevi. Ciò richiede modelli semplici e accurati: due caratteristiche non facilmente accoppiabili nel caso dei tessuti biologici molli che, spesso, presentano anisotropie e proprietà variabili da zona a zona. In questo senso, appare interessante l’impiego di metodologie innovative, sperimentali e computazionali insieme, che consentano la determinazione delle proprietà “in situ”. Tra queste, i metodi di misura ottici senza contatto appaiono molto promettenti, soprattutto se abbinati a valutazioni dirette eseguite sul paziente. Ciò si ottiene, ad esempio, nelle procedure chirurgiche guidate da immagini, e nelle analisi di strutture biologiche di piccolo spessore.



CORSI APT (ADDESTRAMENTO PROFESSIONALE AVANZATONAZIONALI

ELEMENTI DI INGEGNERIA FORENSE IN CAMPO STRUTTURALE
15-16 febbraio

Coordinatore:

Franco Bontempi (Università di Roma “La Sapienza”)



SCUOLE AVANZATE IN COLLABORAZIONE

CISM-JMBC (Centro Jan Martinus Burgers)
CORSO SU FLUSSI COMPLESSI E FLUIDI COMPRESSI
8-12 maggio

Coordinatore:

Federico Toschi (Università Tecnica di Eindhoven, Olanda)



CISM-EMS (Società Matematica Europea)
CSCUOLA SU RAZIONALITÀ, RAZIONALITÀ STABILE E RIGIDITÀ BIRAZIONALE DI VARIETÀ ALGEBRICHE COMPLESSE
3-9 settembre



CORSI APT (ADDESTRAMENTO PROFESSIONALE AVANZATOINTERNAZIONALI

CONTROLLO DELLA PRESSIONE CON PRODUZIONE DI ENERGIA PER MEZZO DI PAT (POMPE COME TURBINE) NELLE RETI DI DISTRIBUZIONE IDRICA
11-15 settembre

Coordinatore:

Armando Caravetta (Università di Napoli “Federico II”)

Per PAT si intende una pompa commerciale reversibile, utilizzata come turbina per la riduzione di pressione nelle reti di distribuzione idrica. Il controllo della pressione è, infatti, essenziale per contenere le perdite e ridurre le sollecitazioni meccaniche nelle tubazioni e nei componenti delle reti. Il metodo di controllo tradizionale prevede l’impiego di valvole laminatrici che, però, riducono la pressione dissipando completamente l’energia idraulica. L’installazione di PAT può, invece, ridurre la pressione recuperando buona parte dell’energia idraulica e realizzando, in pratica, dei micro-impianti idroelettrici inseriti nella rete. Il corso mira a fornire a ricercatori, studenti di dottorato e ingegneri operanti professionalmente le informazioni e le tecniche necessarie per identificare i potenziali siti di installazione delle PAT, selezionare la pompa più affidabile nelle condizioni operative di ciascun sito, determinare le modalità di regolazione più opportune, e prevedere l’efficienza media risultante per l’intero ciclo di vita dei micro-impianti così realizzati.



ASPETTI ESSENZIALI E SFIDE NELLA DIAGNOSI DELLINTEGRITÀ STRUTTURALE E DELLE ROTTURE
2-6 ottobre

Coordinatori:

Christian Boller (Università di Saarland, Saarbrücken, Germania)
Wiesland Ostachowitz (Accademia Polacca delle Scienze IMP PAN, Gdansk, Polonia)

L’integrità strutturale di edifici, piattaforme marine, costruzioni aerospaziali e meccaniche, deve essere assicurata pur in presenza di realizzazioni sempre più leggere. La risposta a una tale sfida è quella di consentire il danneggiamento, purché mantenuto entro predeterminati limiti di sicurezza. I partecipanti al corso, infatti, avranno l’opportunità di familiarizzare con le tecnologie emergenti per i moderni sistemi costruttivi nei quali il monitoraggio automatico, l’ispezione e la rilevazione del danno diventano parte integrante delle realizzazioni. Inoltre, gran parte delle lezioni saranno dedicate ai materiali compositi, sempre più impiegati nelle strutture moderne in quanto presentano ottime caratteristiche di resistenza alla fatica ed alla corrosione. Il comportamento a rottura delle strutture in composito, tuttavia, è meno conosciuto di quello delle strutture metalliche e, di conseguenza, le strutture in composito richiedono un monitoraggio adeguato dopo la posa in opera. Infine, ai partecipanti al corso saranno fornite le nozioni di base sulle moderne “strutture intelligenti”, cioè in grado di monitorare il loro stato nel tempo e di reagire alle attivamente alle sollecitazioni cui sono sottoposte, ovvero adattarsi alle sollecitazioni stesse. (Un’applicazioni classica del primo tipo è lo smorzamento attivo delle vibrazioni dovute ai carichi aerodinamici variabili nelle ali degli aerei, mentre un’applicazione del secondo tipo potrebbe essere una struttura con cavi in acciaio a tensionamento variabile). Evidentemente, la realizzazione di strutture intelligenti richiede una collaborazione interdisciplinare tra specialisti di dinamica delle strutture, scienza dei materiali, prove non distruttive, realizzazione di sensori e attuatori, microelettronica, elaborazione dei segnali e così via. Per tutti i motivi sopra elencati, il corso è d’interesse per i ricercatori interessati alle analisi di integrità strutturale e previsione delle rotture, e per gli ingegneri interessati alle fasi di monitoraggio, manutenzione, riparazione e revisione delle strutture.