91654 - MECCANICA DEI SOLIDI PER INGEGNERIA BIOMEDICA

Conoscenze e abilità da conseguire

ll corso si prefigge di formare sui fondamenti della meccanica dei materiali e delle strutture. Al termine del corso lo studente dev'essere in grado di: - risolvere problemi meccanici in condizioni statiche; - calcolare lo stato di tensione e deformazione in strutture sollecitate; - progettare e verificare strutture meccaniche; - comprendere i meccanismi di collasso.

Contenuti

Richiami sui principali concetti meccanici:
- Forze, momenti;
- Condizioni di vincolo, gradi di liberta';
- Condizioni di equilibrio, equazioni di equilibrio.

Meccanica dei mezzi continui:
- Azioni interne;
- Definizione di tensione (normali e di taglio);
- Stati uniassiali di sollecitazione; Stati triassiali di tensione; Tensore delle tensioni;
- Equazione di equilibrio;
- Spostamento e deformazione; Piccole e grandi deformazioni; Tensore delle deformazioni;
- Legame tensione-deformazioni per materiali elastici lineari;
- Energia di deformazione (caso uniassiale e multiassiale)

Fondamenti di scienza delle costruzioni:
- Trave di Saint-Venant: campi di tensione e deformazione a sforzo normale;
- Trave di Saint-Venant: campi di tensione e deformazione a taglio;
- Trave di Saint-Venant: campi di tensione e deformazione a torsione;
- Trave di Saint-Venant: campi di tensione e deformazione a flessione;
- Altri casi semplici con soluzione in forma chiusa;
- Concentratori di tensione;
- Cenni di instabilita' elastica.

Sollecitazioni composte:
- Cerchio di Mohr per le tensioni;
- Tensioni principali;
- Cerchio di Mohr per le deformazioni;
- Deformazioni principali;
- Tensioni equivalenti; Criteri di rottura per materiali duttili e fragili.

Fondamenti di meccanica dei materiali:
- Prove sui materiali, curve tensione-deformazione;
- Leggi costitutive del materiale;
- Elasticita' (legge di Hooke, coefficiente di Poisson);
- Plasticita';
- Viscoelasticita' (creep, rilassamento, isteresi: solo fenomenologia).

Criteri di collasso:
- Collasso istantaneo e nel tempo;
- Rottura (duttile e fragile; energia di rottura);
- Eccesso di deformazione, snervamento;
- Fatica;
- Usura;
- Creep, rilassamento.

Caratteristiche dei materiali:
- Composizione, micro- e macro-struttura;
- Classificazione e caratteristiche meccaniche dei materiali artificiali: polimeri, metalli, ceramici, compositi.

Esercitazioni in laboratorio (condivise con il Modulo di Biomateriali):
Il corso e' integrato da esercitazioni teoriche e sperimentali. Parte integrante di tali esercitazioni e' la stesura da parte degli studenti di relazioni tecniche sulle sperimentazioni svolte.

Testi/Bibliografia

Il corso si basa su:
- Beer F.P., Johnston E.R., DeWolf J.T.: "Meccanica dei solidi: Elementi di scienza delle costruzioni" McGraw-Hill Publ. (qualunque edizione)
- Dispense integrative a cura del docente.

Lo studente puo' scaricare esempi ed esercizi aggiuntivi dal sito dell'Editore del libro di testo: http://www.ateneonline.it/beer/areastudenti.asp


Lo studente puo' inoltre approfondire gli studi nei seguenti testi specialistici (facoltativo):
- Wulff J. "Struttura e proprietà dei materiali", vol. 1, 2, 3 Ed. Ambrosiana, Milano (scienza dei materiali) - Pietrabissa R. "Biomateriali per protesi e organi artificiali" Patron ed. (biomateriali)
- Nordin M., Frankel V.H. "Basic biomechanics of the musculoskeletal system" Lea & Febiger Publ.(esercizi ed esempi di biomeccanica)
- Bronzino J.D. "The Biomedical engineering handbook" CRC Press - IEEE Press (riferimento generale)
- Palastanga et al. "Anatomy and human movement" Butterworth-Heinemann Publ. (anatomia funzionale)

Metodi didattici

Le lezioni teoriche vengono alternate ad esercitazioni pratiche (che costituiscono parte integrante del programma d'esame) in cui vengono illustrati gli argomenti trattati a lezione.

 

Per poter seguire le esercitazioni in laboratorio

In considerazione delle tipologie di attività e metodi didattici adottati, la frequenza di questa attività formativa richiede lo svolgimento di tutti gli studenti dei moduli 1 e 2 in modalità e-learning [https://www.unibo.it/it/servizi-e-opportunita/salute-e-assistenza/salute-e-sicurezza/sicurezza-e-salute-nei-luoghi-di-studio-e-tirocinio] e la partecipazione al modulo 3 di formazione specifica sulla sicurezza e salute nei luoghi di studio. Indicazioni su date e modalità di frequenza del modulo 3 sono consultabili nella apposita sezione del sito web di corso di studio.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

NOTA: in relazione all'emergenza COVID-19, le modalità di esame saranno necessariamente adattate rispetto a quanto indicato qui sotto, per poter condurre gli esami in remoto. Le notizie più aggiornate si trovano nella pagina "https://www.unibo.it/sitoweb/luca.cristofolini/avvisi" del docente e nelle bacheche virtuali di Ateneo e della Scuola di Ingegneria.

 

A partire dall’A.A. 2019-20, valgono le seguenti nuove regole per il superamento dell’esame del Corso Integrato.

L’esame del Corso Integrato non è separato per moduli ma si svolge in un’unica volta e comprende il programma di tutti i moduli, con un’unica valutazione per l’intero Corso Integrato.

Lo Studente può scegliere due modalità per affrontare l’esame del Corso Integrato (non è possibile “tentare” l’esame secondo entrambe le modalità nello stesso appello). Se ad un appello lo Studente fallisce l’esame secondo una delle modalità (solo orale oppure scritto + orale), nell’appello successivo può scegliere liberamente secondo quale modalità sostenerlo (solo orale oppure scritto + orale).

1) Modalità “leggera”: Solo orale

L’esame del Corso Integrato si svolge in una sola fase, orale:

• L'orale copre tutti gli argomenti trattati durante le varie parti del Corso Integrato, comprese le esercitazioni. All'orale lo studente deve presentare una stampa cartacea delle relazioni sulle esercitazioni sperimentali svolte.
• In caso di insufficienza all’orale, lo studente potrà scegliere se rifare l’orale (all’appello successivo), oppure optare per la Modalità “approfondita” (all’appello successivo).
• Se lo studente durante il corso ha svolto la revisione di un articolo scientifico (v. programma del modulo di Biomateriali), il punteggio finale subirà un incremento tipicamente compreso tra 0 e 3 trentesimi.

Se lo studente sceglie questa modalità in caso di superamento il voto finale sarà tra 18 e 21 trentesimi (se lo studente non ha svolto la revisione di un articolo scientifico) e fino a 24 trentesimi (se lo studente ha svolto la revisione di un articolo scientifico)

 

2) Modalità “approfondita”: Scritto seguito da orale

Se lo Studente sceglie questa modalità, deve affrontare una prova scritta, seguita da un orale, strettamente connesse:

• Lo scritto riguarda l’intero programma delle varie parti del Corso Integrato.
• Durante lo scritto in presenza gli studenti riceveranno tutte le domande un solo foglio o al più in due momenti separati
• Durante lo scritto in remoto gli studenti riceveranno le domande una per volta, ed avranno un tempo definito per inviare la risposta.  Riceveranno la domanda successiva solo dopo aver inviato la risposta. 
• Durante lo scritto in presenza: si possono usare libri, dispense e appunti, oltre alla calcolatrice per un primo gruppo di domande.  Le ultime domande (si tratta di alcuni dei quesiti sui biomateriali) verranno distribuite successivamente: per queste non si possono usare i libri.
• Durante lo scritto in remoto: non si possono usare né libri né appunti.  Si terra conto di questa circostanza in sede di correzione.
• Lo scritto tipicamente comprende alcune domande fondamentali (ad es. relative alle reazioni vincolari, ed ai diagrammi delle azioni interne): in caso di risposta errata o mancante a tali domande, l'intero esercizio è automaticamente insufficiente. (Rispondere correttamente a tali domande è condizione necessaria perché venga valutato il resto dell'esercizio, ma non garantisce automaticamente la sufficienza).

• Se lo studente sostiene nuovamente la prova scritta, si tiene conto dell'ultimo voto conseguito, che sovrascrive i precedenti, siano essi migliori o peggiori.

• Per sostenere l'orale è necessario avere superato lo scritto (voto >18/30)
• In caso di insufficienza allo scritto, lo studente potrà scegliere se rifare lo scritto (all’appello successivo), oppure optare per la Modalità “leggera” (all’appello successivo).

• Una volta superato lo scritto, è necessario sostenere l’orale entro il giorno dello scritto successivo (la mattina dello scritto viene fissato di norma anche un orale: quella è la data ultima per sostenere l’orale usando il voto dello scritto sostenuto poco prima), e comunque entro 40 giorni dallo scritto. Trascorso tale termine, decade il voto dello scritto.

• Ciò significa che conviene affrontare lo scritto quando si è sicuri di poter sostenere anche l’orale
• L'orale copre tutti gli argomenti trattati durante il corso, comprese le esercitazioni. All'orale lo studente deve presentare una stampa cartacea delle relazioni sulle esercitazioni sperimentali svolte.

• In caso di insufficienza all'orale, lo studente dovrà sostenere nuovamente anche la prova scritta (oppure potrà optare per la Modalità “leggera” per l’appello successivo).

• Voto finale: tiene conto di scritto (punteggio di partenza), e di orale (di norma: entro +/- 3 punti da voto scritto)
• Se lo studente durante il corso ha svolto la revisione di un articolo scientifico (v. programma del modulo di Biomateriali), il punteggio finale subirà un incremento tipicamente compreso tra 0 e 3 trentesimi.

Se lo studente sceglie questa modalità in caso di superamento il voto finale sarà tra 18 e 30 trentesimi (se lo studente non ha svolto la revisione di un articolo scientifico) e fino a 30 e Lode (se lo studente ha svolto la revisione di un articolo scientifico).

Strumenti a supporto della didattica

Videoproiettore, lavagna tradizionale, laboratorio.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Luca Cristofolini