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

Esame di 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 gli studenti riceveranno in due momenti separati le domande di Meccanica dei Solidi (uno o due esercizi da svolgere), e quelle di Biomateriali.  Per quanto riguarda la parte di Meccanica dei Solidi: si possono usare libri, dispense e appunti, oltre alla calcolatrice.  Le ultime domande (i quesiti sui Biomateriali) verranno distribuite successivamente: per queste non si possono usare i libri.
• 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, 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