Lezioni - esercitazioni - laboratori:6 2 O8(ore settimanali); 60+20 (nell'in/ero periodo) Docente : Pier Paolo Delsanto
Il corso si propone di trattare con rigore matematico, ma allo stesso tempo riducendo a un minimo la parte formale, gli aspetti fisici di una vasta fenomenologia, che sta alla base di molte tecniche avanzate di misure e di caratterizzazione di materiali. Vengono inoltre sviluppate varie applicazioni d'interesse industriale e medico (per es. nel campo delle prove non distruttive e delle tecniche tomografiche). Sia per le nozioni teoriche fornite che per le applicazioni sviluppate,il corso è consigliabile per gli studenti del 4. e 5. anno di Ingegneria meccanica con orientamenti: biomedico, produzione, metrologico e strutture.
Il corso consiste di quattro parti, approssimativamente di uguale lunghezza, cioè ciascuna delle quali comprendente circa venti ore fra lezioni ed esercitazioni. La prima parte "teorica" è dedicata allo studio della propagazione di onde, in particolare ultrasoniche, e alle proprietà elastiche dei materiali.
Si parte da una trattazione rigorosa della descrizione euleriana e lagrangiana nella meccanica del continuo e si procede, cercando però di ridurre a un minimo la parte formale, fino ad ottenere i risultati più importanti in vista delle applicazioni. Nella seconda parte "numerica"
si descrivono tecniche di calcolo di particolare attualità, quali la simulazione della propagazione di onde e impulsi mediante parallel processing e le tecniche più recenti per la rappresentazione e visualizzazione dei risultati.
La terza parte "applicativa" utilizza i risultati e le tecniche descritte nelle prime due parti del corso per illustrare applicazioni, in particolare degli ultrasuoni, in campo medico e industriale. Vengono, per esempio, discusse tecniche per la caratterizzazione di provini e di elementi strutturali. Inparticolare si studia l'effetto acustoelastico e la sua applicazione per la determinazione di tensioni applicate e residue e tessitura. Un particolare rilievo viene dato alle tecniche ecografiche e tomografiche, sia radiografiche che acustiche, con applicazione in campo sia medico che industriale.
Infine, la quarta parte "seminariale" verte su argomenti che possono variare di anno in anno, sia per ragioni di attualità (nuovi sviluppi), sia per l'interesse specifico degli studenti. Lo scopo di questa quarta parte è d'incoraggiare gli studenti, per es. mediante la elaborazione di
"tesine" o di piccole "ricerche", a esaminare applicazioni degli argomenti trattati nel corso che possano risultare utili dal punto di vista dell'impiego dopo la laurea.
REQUISITI
AnalisiJe2 ,Fisica Je2 .
PROGRAMMA
Elementi di calcolo tensoriale con applicazione alla teoria dell'elasticità lineare.
Visualizzazione ottica delle onde ultrasonore. Simulazione della propagazione di onde e impulsi mediante parallel processing ; misura delle costanti elastiche del secondo ordine e
altre proprietà elastiche. Trasmissione di onde in multi strati e strati di Epstein. Fenomeni di riflessione, conversione di modo, assorbimento, desorbimento e diffusione. Effetti nonlineari.
Aspetti avanzati della fisica dei cristalli. Simmetrie, classificazioni e trasformazioni.
Tessitura degli aggregati policristallini. Funzione di distribuzione delle orientazioni.
Fisica dei materiali piezoelettrici. Caratterizzazione delle sonde. Effetto acustoelastico.
Applicazione degli ultrasuoni in microscopia. Determinazione delle costanti elastiche del terz'ordine. Modello d'energia pseudopotenziale e altri modelli microscopici. Onde superficiali (di Rayleigh, Lamb, etc.) e volumetriche. Effetti quantistici.
Applicazioni nel campo delle prove nondistruttive: misura di tensioni applicate e residue, tessitura. Teoria della rivelazione di difetti mediante tecniche ultrasonore di trasmissione, di riflessione, di risonanza e interferometriche. Metodi di rappresentazione grafica e a colori. Tecniche ecografiche. Tomografia mediante raggi X e acustica con applicazioni in campo tecnico e medico.
ESERCITAZIONI
II programma delle esercitazioni viene fissato di anno in anno a seconda del programma svolto a lezione e degli interessi specifici degli studenti.
BIBLIOGRAFIA Testo di riferimento:
J.D. Achenbach, Wave Propagation in Elastic Solids , North-Holland, Amsterdam (1980) Inoltre: dispense distribuite dal docente durante il corso.
ESAME
Agli studenti viene offerta la possibilità di portare la prima parte del corso in un esame di
"esonero" che conta, per chi lo sostiene, come una domanda ai fini dell'esame finale. La valutazione della tesina conta come una seconda domanda. L'esame finale conta come due domande e il voto viene dato come media dei quattro voti conseguiti. Viene incoraggiata una stretta interazione tra studenti e docente, per cui diventa più facile sostenere l'esame nella sessione successiva al periodo didattico del corso.
P2080 Fluidodinamica
Anno: 4 Periodo:2 Lezioni, esercitazioni, laboratori: 8(ore settimanali) Docente: Daniela Tordella
Questo insegnamento intende presentare una sintesi, rigorosa dal punto di vista fisico, ma concettualmente semplice, di una ampia parte della moderna dinamica dei fluidi. Inparticolare verranno approfonditi alcuni argomenti chiave quali: le equazioni del moto, la dinamica della vorticità, l'instabilità e la transizione alla turbolenza, la turbolenza pienamente sviluppata, la compressibilità.
REQUISITI
Corsi di Analisi matematica e Fisica.
PROGRAMMA
Considerazioni preliminari sulle proprietà fondamentali dei fluidi. Derivazione dei coefficienti di viscosità', conducibilità' termica e diffusività' di massa. Descrizione feno-menologica di alcune configurazioni geometricamente semplici di moto: flusso nel canale e nel condotto circolare, flusso attorno al cilindro circolare indefinito, celle convettive.
Esempi di flussi secondari, del carattere laminare o turbolento del moto. Correlazione dei risultati sperimentali ed introduzione empirica dei numeri caratteristici [14 ore].
Equazioni fondamentali dei sistemi fluidi continui. Tensori della vorticità e della velocità di deformazione. Funzione di dissipazione, equazioni costitutive, fluidi newtoniani e non newtoniani. Equazioni di Stokes-Navier.Normalizzazione delle equazioni fondamentali:
definizione dei numeri caratteristici e loro significato fisico. Modelli matematici semplificati. Separazione ed accoppiamento tra il moto del fluido e la diffusione del calore o della massa di una particolare specie [20 ore].
Dinamica della vorticità. Moti rotazionali ed irrotazionali. Flussi con potenziale, equazione di Bernoulli, paradosso d'Alambert. Strato limite viscoso e termico, metodi integrali per il calcolo dello strato limite, separazione dello strato limite, resistenza di attrito e di forma, corpi aerodinamici e corpi tozzi. Scie e getti: bilanci di quantità di moto, di massa e di energia; trascinamento da parte dei getti, effetto Coanda [16 ore].
Instabilità e transizione alla turbolenza. Cenni alla descrizione della turbolenza in termini statistici.Teoria lineare della stabilità. Fenomenologia della transizione alla turbolenza.
Natura del moto turbolento. Equazioni. Il concetto di eddy. Teoria di Obukhov-Kolmo-gorof. Caduta irreversibile dell'energia meccanica verso la dissipazione, introduzione dei coefficienti turbolenti di trasporto, e loro conseguenze pratiche sulla trasmissione del calore, della quantità di moto, della massa di una specie chimica. Intermittenza e trascinamento. Flussi di taglio turbolenti [20 ore].
Oltre a questi argomenti base, verranno illustrati in modo monografico alcuni tra i seguenti argomenti, la cui scelta sarà guidata dall'interesse degli studenti:
Concetti elementari di meccanica statistica: definizione di stato accessibile, postulati fondamentali, condizione di equilibrio, definizione e significato di temperatura ed
entropia. Distribuzione canonica, teorema di equipartizione, funzione di distribuzione di Maxwell, cammino libero medio nei gas. Passaggio dalle molecole al continuum, il problema delle quantità medie, calcolo dei coefficienti di trasporto nei gas [IOore].
Flussi termici: equazioni di convezione [modello di BoussinesqJ, classificazione dei moti' convettivi, convezione forzata, convezione libera e spiegazione teorica delle celle di Bénard [IOore]
Flussi stratifica ti: concetti base, bloccaggio, onde di Lee, onde inerziali [6 ore]
Flussi in sistemi rotanti: concetti base, forze centrifughe e forze di Coriolis, flussi geostrofici e teorema di Taylor-Proudman, colonne di Taylor, strato di Eckman, stabilità e onde inerziali, onde di Rossby [12 ore]
Fenomeni di propagazione, onde di compressione o rarefazione, invarianti di Riemann e caratteristiche, onde d'urto. Onde di gravità, relazione di dispersione, velocità di fase e velocità di gruppo, propagazione dell'energia, onde in condotti elastici [16 ore].
Cenni ai flussi in condotti collassabili[IO ore].
Tecniche sperimentali per la misura delle grandezze che caratterizzano il flusso, e per la visualizzazione dello stesso [6 ore].
ESERCITAZIONI
Non sono previste ore dedicate alle sole esercitazioni. Esercizi vengono svolti nelle ore di lezione, senza schema temporale prestabilito.
BIBLIOGRAFIA Testo di riferimento:
D.l. Tritton, Physical Fluid-Dynamics, Oxford University Press, 1988.
Testi di approfondimento:
G.K. Batchelor,An introduction to fluid dynamics, Cambridge University Press, 1967.
L.D. Landau and E.M. Lifshitz,Fluid Mechanics, Pergamon Press, 1987.
ESAME Colloquio orale.