Corsi 2022

I compositi rinforzati con fibra sono sempre più utilizzati nell'industria aerospaziale e automobilistica per affrontare le sfide del contenimento del peso e soddisfare elevati standard di prestazione. I processi di produzione sono essenziali per la qualità del composito finale. La simulazione dei processi di produzione dei compositi richiede analisi sperimentali e modellazione delle trasformazioni coinvolte. Queste simulazioni possono prevenire un disegno di processo "a tentativi ed errori" che richiede tempo e risorse. Durante il processo, i fenomeni riguardano materiali fibrosi in grande deformazione e il flusso di resina nel rinforzo fibroso. Dipendono dal trasferimento di calore e talvolta dal cambiamento di fase. L'analisi sperimentale, la modellazione e la simulazione dei fenomeni fisici durante la formazione dei compositi sono gli obiettivi del corso. Si occuperà in particolare di materiali compositi per parti strutturali. L'analisi della formazione del rinforzo senza resina (preforma secca)
e con resina non indurita (prepreg) sarà considerata così come la termomeccanica e la consolidazione del composito durante la formazione del prepreg e i processi di flusso nei materiali compositi. Questo corso è rivolto a studenti di dottorato e studenti di master nel campo dell'ingegneria dei compositi. Anche i ricercatori interessati alla formazione dei compositi sono benvenuti a partecipare a questo corso.
I principali punti che saranno trattati in questo corso sono i seguenti:
1. Drappeggio di preforme fibrose e prepreg.
Forming of continuous fiber reinforcements leads to specific mechanical problems because of the relative slippage between the fibers and the quasi-inextensibility of the fibers. The following topics are included in this theme:
• Mechanical tests for fibrousreinforcements (shear, biaxial tension, bending, transverse compaction).
• Constitutive law for textile reinforcements (Hyper elasticity, hyper viscoelasticity...)
• Simulations of preform deformation at macro, meso and microscale.
• Specific finite elements, locking of textile materials
• Full field strain measurements (DIC) and Micro CT analyses of internal geometry
• Beyond the classical Cauchy approach. Generalized continuum mechanics.
2. Liquid composite moulding One of the most efficient composite manufacturing method is to impregnate the fiber reinforcement (the preform) by liquid flow of matrix material.
Analysis and simulation of this flow within the fibrous preform constitutes a broad scientific field necessary for modeling of composite manufacturing processes.
• Permeability (measure and virtual)
• Multi-scale flow models
• Saturation
• Investigation by X-ray CT
• Simulation techniques: FE- Control Volume, FE-Level Set, Pure FE
3. Thermo mechanics, Thermo kinetics and Couplings Composite forming processes are carried out at high temperature and the coupling between mechanical and thermal behavior is important. Consolidation and crystallization of the resin are also coupled with the forming deformation
• Multi-scale and multi-physical models and algorithms
• Curing, crystallization, polymerization
• Stress residui
• Algoritmo di accoppiamento

I moderni superconduttori a bassa e alta temperatura sono ampiamente utilizzati per costruire strumenti scientifici tecnologicamente avanzati, inclusi dispositivi medici, mezzi di trasporto di massa e linee di trasmissione di energia a bassa perdita. I superconduttori a bassa temperatura di tipo II, utilizzati massicciamente per costruire magneti superconduttori che operano in elio liquido (4,2 K) o superfluido (sotto 2,17 K), sono leghe a base di niobio e composti intermetallici, ad esempio Nb-Ti, Nb3Sn, o composti a base di magnesio più recenti come il diboruro di magnesio MgB2. Un'altra classe popolare di materiali superconduttori sono i superconduttori ad alta temperatura, come i superconduttori a base di terre rare (RE) REBCO o a base di bismuto BiSCCO, che vengono applicati a temperature molto più elevate, fino alla temperatura dell'azoto liquido (77 K). In generale, i superconduttori a bassa temperatura vengono utilizzati per costruire bobine superconduttrici, formando le parti più critiche di complessi magneti superconduttori, e integrati in strumenti di imaging a risonanza magnetica (MRI) o risonanza magnetica nucleare (NMR), o magneti per grandi esperimenti scientifici come acceleratori di particelle superconduttori e dispositivi di fusione. Anche se i superconduttori ad alta temperatura hanno proprietà eccezionali in campi elevati, finora la loro applicazione è stata limitata a cavi superconduttori e conduttori di corrente, trasferendo la corrente da condizioni di temperatura ambiente a condizioni criogeniche.
Il presente corso è focalizzato principalmente sui superconduttori a bassa e alta temperatura. I contenuti spaziano dalla microstruttura del materiale e dalla descrizione costitutiva a reali applicazioni su larga scala negli acceleratori di particelle (ad es. Large Hadron Collider, LHC) o nei moderni dispositivi di fusione (ad es. Reattore Termonucleare Sperimentale Internazionale, ITER Tokamak).
Il corso inizia con un'ampia introduzione ai superconduttori (materiali, tipi di superconduttori, centri di pinning del flusso, parametri della superficie critica, ecc.), copre il background fisico della superconduttività (transizione di fase, effetto Meissner, teoria BCS, meccanismo di Cooper, effetto Josephson, ecc.), le proprietà fisiche, meccaniche e termodinamiche dei superconduttori a bassa e alta temperatura (ad es. l'effetto delle deformazioni sulla superficie critica). Successivamente, viene sviluppato il modello costitutivo dei superconduttori e dei materiali di rivestimento e strutturali correlati che operano a temperature estremamente basse, inclusa la trasformazione di fase indotta da deformazione plastica, il flusso plastico discontinuo e l'evoluzione dei campi di micro-danno (di origine tecnologica e da radiazione). Infine, viene spiegata l'interazione tra superconduttori e campi magnetici, e viene discussa l'ottimizzazione delle bobine superconduttrici in relazione alla qualità del campo magnetico. Il corso si conclude con le applicazioni più recenti dei moderni superconduttori negli strumenti e dispositivi tecnologicamente avanzati (ad es. acceleratori di particelle, strumenti di imaging medico, dispositivi energetici basati sulla fusione, ecc.).

Negli ultimi due decenni, numerosi ricercatori in una vasta gamma di campi hanno dedicato crescenti sforzi per progettare nuovi materiali compositi con proprietà accoppiate migliorate. La maggior parte di questi sforzi si è concentrata su materiali organici morbidi a causa del loro potenziale di subire grandi deformazioni reversibili quando sottoposti a una varietà di stimoli esterni, come campi elettrici e magnetici, variazioni di temperatura e cambiamenti chimici. L'argomento di questo corso sarà l'elettro- e magneto-meccanica dei materiali e delle strutture composite morbide. Questi possono comprendere microstrutture gerarchiche e/o micro-architetture che si estendono su diverse scale di lunghezza, dal nano al centimetro.
L'argomento del corso sarà sugli elastomeri magnetoreologici (MRE) e sui compositi di elastomeri dielettrici (DEC), che sono materiali compositi che comprendono particelle nano e micro ferromagnetiche e ad alta dielettricità/conduzione incorporate in una matrice polimerica morbida. Questo dà origine a una risposta meccanica accoppiata magneto- e elettro-meccanica su scala macroscopica (dell'ordine dei millimetri e superiori) quando sono sottoposti a stimoli esterni magneto-elettro-meccanici. Sebbene tali materiali e dispositivi MRE e DEC possano diventare instabili a un certo carico elettro-magneto-meccanico critico, la loro risposta può essere ben controllata nel regime post-instabilità. Questa caratteristica motiva il funzionamento di questi dispositivi in questa regione instabile per ottenere formazioni di pattern controllate, movimento robotico morbido e muscoli artificiali, proprietà acustiche ed elettromagnetiche a banda controllabile, raccolta di energia e rigidità attivamente controllata (per la crescita cellulare).
I temi di questa Scuola Avanzata includeranno la presentazione di tecniche sperimentali di fabbricazione e test per MRE e DEC, la derivazione di formulazioni variazionali accoppiate termodinamicamente consistenti, l'implementazione numerica e l'analisi di MRE e DEC così come della loro stabilità utilizzando tecniche di omogeneizzazione, omogeneizzazione teorica accoppiata e teorie fenomenologiche del continuo. Il corso enfatizzerà l'importanza di un approccio integrato sperimentale-analitico-numerico attraverso le scale di lunghezza rilevanti.
Il Corso consisterà in lezioni introduttive sugli aspetti teorici di tali materiali, seguite da lezioni su argomenti più specializzati tenute da esperti eminenti nel campo degli esperimenti, della modellazione fenomenologica e micromeccanica di compositi e strutture attive, instabilità e raccolta di energia. Il corso si concluderà con esempi recenti che mostrano la combinazione necessaria ma anche potente di esperimenti, numerica e teoria per studiare la risposta di MRE e DEC e le loro instabilità.
La Scuola è rivolta a dottorandi, post-doc e ricercatori all'inizio della carriera con interesse per materiali morbidi attivi. Il corso è progettato per fornire un punto di vista integrato sperimentale, numerico e teorico su tali sistemi di materiali innovativi, così come possibili direzioni di ricerca future in questo campo.

Lo scopo di questo corso è fornire una panoramica all'avanguardia delle teorie fondamentali, dei modelli consolidati e della ricerca in corso relativi ai fenomeni di instabilità e biforcazione nei solidi che subiscono deformazioni finite, inclusi gli effetti dei campi elettrici e della crescita. Il corso sarà organizzato attorno a diversi temi complementari e interattivi. Verrà presentata una panoramica completa della teoria del continuum dei materiali soggetti a grandi deformazioni, comprese le equazioni costitutive dell'elasticità non lineare, dell'elastoplasticità, dei solidi di Cosserat, dell'elettroelasticità, dei materiali a stress residuo e rinforzati con fibre, e della crescita nei sistemi biologici.
La teoria generale della biforcazione, dell'instabilità e della non unicità nel contesto della teoria del continuum dei solidi sarà discussa come il contesto per applicazioni a esempi specifici.
Le equazioni che governano i campi di deformazione incrementale linearizzati sovrapposti a una configurazione deformata finita nota saranno evidenziate. I tensori dei moduli elastici per materiali isotropi e anisotropi saranno derivati, inclusa la loro importante specializzazione incomprimibile, e saranno fornite espressioni associate per le equazioni costitutive incrementali e le condizioni al contorno. Questi sono necessari per l'analisi della possibile biforcazione della configurazione di equilibrio in schemi periodici e saranno applicati per ottenere risultati specifici per leggi costitutive esemplari.
Le applicazioni particolari che saranno descritte riguardano instabilità di tipo diffuso nei materiali, nelle superfici, nelle interfacce e nella flessione. Sarà introdotta la nozione di forte ellitticità e saranno descritti fenomeni, come l'apparizione di bande di taglio, associati alla perdita di ellitticità delle equazioni governanti. I fenomeni di biforcazione localizzati saranno esaminati in dettaglio, inclusi il rigonfiamento localizzato di tubi, il restringimento di lastre, la formazione di bande di taglio, le pieghe e le piegature. Saranno fornite formulazioni numeriche appropriate per illustrare le soluzioni per una gamma di problemi specifici di valore al contorno.
Sarà fornito anche un riepilogo delle equazioni chiave dell'elettroelasticità, portando alle corrispondenti formulazioni incrementali dell'elettroelasticità. In questo contesto, la formazione di pieghe in un sottile film di elastomero dielettrico, trattato come un attuatore prototipo, può essere generata dall'applicazione di un potenziale elettrico tra elettrodi conformi sulle superfici del film, portando a instabilità di pull-in e rottura dielettrica, rendendo quindi l'attuatore inefficace.
Pertanto, l'analisi di tali instabilità sarà inclusa nel corso poiché è importante per la progettazione e l'integrità di tali dispositivi.
I metodi di analisi della stabilità hanno una vasta applicabilità nel contesto della meccanica dei tessuti molli, in particolare in relazione alle instabilità associate alla crescita e al rimodellamento. Nella crescita e nello sviluppo, le instabilità sono utilizzate in modo costruttivo dalla natura per la formazione di strutture, come nel ripiegamento dei tessuti per formare diverse parti del cervello. Saranno inoltre discussi aspetti di stabilità e instabilità che si riferiscono alla crescita e al possibile sviluppo di patologie.
Il corso è rivolto a dottorandi e ricercatori post-dottorato in ingegneria meccanica, civile ed elettrica, scienza dei materiali, fisica applicata e matematica applicata, ricercatori accademici e industriali e ingegneri praticanti.

I materiali architetturati sono definiti al confine tra strutture composte da elementi discreti e continui. In questi materiali, le interazioni topologiche dei blocchi costitutivi sono essenziali. Il materiale è composto da fasi o oggetti di proprietà dissimili, che sono assemblati in una struttura progettata per raggiungere proprietà predefinite, come una maggiore tenacità, un aumento della duttilità o proprietà ondulatorie specifiche, come il camuffamento.
Una sottoclasse di materiali architetturati è formata dai metamateriali meccanici. Il termine metamateriali è usato per denotare materiali o strutture con proprietà dinamiche speciali. Questo termine indica attualmente materiali con architettura multiscala pre-progettata, che mostrano proprietà statiche e dinamiche insolite associate a grandi deformazioni locali, presenza di più stati metastabili e instabilità. La microstruttura di questi materiali è prevalentemente di tipo reticolare, cioè è composta da travi. I metamateriali derivano le loro proprietà non da quelle del materiale di base, ma piuttosto dall'architettura della loro microstruttura. La densità, la forma, la dimensione e la disposizione spaziale dei componenti costitutivi sono responsabili del comportamento migliorato osservato a livello macroscopico.
Altri esempi di materiali architetturati sono materiali topologicamente interbloccati realizzati con blocchi indipendenti che interagiscono nei punti di contatto e sono assemblati in modo da rimanere uniti, e materiali con domini periodici duri e morbidi, come nella madreperla e nelle ossa. Questi materiali hanno proprietà che non possono essere raggiunte con compositi continui convenzionali. La madreperla e le ossa hanno una tenacità molto maggiore rispetto a quella della fase predominante dell'idrossiapatite grazie alla presenza di piccole quantità di materiale morbido (collagene). I materiali topologicamente interbloccati sono flessibili e mostrano una tenacità maggiore rispetto a quella del materiale dei blocchi costituenti perché le interfacce agiscono come trappole per le crepe.
Una classe speciale di materiali architetturati ha una microstruttura stocastica. La stocasticità riduce la sensibilità ai difetti e riduce i vincoli imposti sul processo di fabbricazione. I materiali topologicamente interbloccati con struttura stocastica sono simili a un puzzle di oggetti bloccati e le loro proprietà sono intermedie tra quelle di un continuum microcrepato e di un materiale granulare. Se i blocchi costitutivi hanno un grande rapporto di aspetto, l'insieme diventa una rete di fibre casuali, le cui proprietà sono determinate dalla connettività e dalle interazioni topologiche tra le fibre. Molti materiali biologici e ingegneristici sono materiali a rete: tessuto connettivo, matrice extracellulare, elastomeri, tessuti non tessuti, ecc.
Questo corso delineerà i concetti alla base della funzione e del design dei materiali architetturati e fornirà una panoramica dei metodi e degli strumenti necessari per la progettazione e la valutazione delle prestazioni dei materiali.
Verrà discussa una vasta gamma di esempi, inclusi metamateriali, materiali topologicamente interbloccati, fibrosi e continui altamente eterogenei.
Il corso è rivolto a studenti laureati e ricercatori post-dottorato in meccanica e materiali, e a ricercatori affermati interessati al campo emergente dei materiali architetturati.

Nell'ingegneria e nei campi correlati, si assume tipicamente linearità o debole nonlinearità. Questi approcci richiedono soluzioni lineari generative per l'applicazione di mediazioni o asintotiche multi-scala. Tuttavia, rigidità o smorzamenti non linearizzabili forti o anche non lineari si verificano spesso nella pratica ingegneristica, ad esempio, a causa di giochi, impatti, attrito, composizione dei materiali o geometria/cinematica, con risposte non lineari che spesso non hanno analoghi nella teoria lineare o debolmente non lineare. Tuttavia, le esigenze sempre più accelerate per sistemi ingegneristici più leggeri, veloci, compatti, robusti e ad alte prestazioni pongono pesanti richieste per l'espansione continua degli involucri di prestazione in ambienti difficili, incerti e poco prevedibili. Queste esigenze non possono essere affrontate dagli approcci attuali, e questo richiede un nuovo concetto che cambi il paradigma basato sull'utilizzo della forte nonlinearità per aprire nuovi percorsi senza precedenti per un design efficace e robusto in modi finora inaccessibili nei contesti tradizionali.
Negli ultimi due decenni, lo sfruttamento di forti non linearità è stato attivamente esplorato in campi come l'assorbimento e la raccolta di energia, la propagazione delle onde, la modulazione e l'arresto, la mitigazione di esplosioni e sismi, i micro- e nano-resonatori, le interazioni fluido-struttura e la progettazione di metamateriali acustici. Tuttavia, l'analisi predittiva di sistemi fortemente non lineari è ancora una grande sfida, poiché, a parte rari casi di integrabilità, mancano soluzioni esatte o anche approssimative. Esistono alcuni metodi per soluzioni stazionarie, ad esempio, modi normali non lineari e respiratori discreti, ma i processi non stazionari sono più difficili da modellare e comprendere; tuttavia, in molte applicazioni tali processi sono altamente importanti. Pertanto, l'idea di sfruttare forti non linearità in sistemi dinamici e acustici è passata da alcuni primi lavori teorici a un corpo teorico ed esperimentale diversificato di ricerca attuale, e il campo ora sembra maturo abbastanza da giustificare un corso avanzato CISM. La necessità di un tale corso è ulteriormente sottolineata dal fatto che tenere conto, comprendere e progettare con le non linearità sta diventando una tendenza universale emergente nella pratica ingegneristica, e si prevede che lo sarà ancora di più in futuro. Di conseguenza, l'obiettivo di questo corso è fornire le ultime idee e approcci nei sistemi dinamici e acustici fortemente non lineari, e discutere strumenti di modellazione appropriati ed esempi pratici che evidenziano gli aspetti non standard e non stazionari di quest'area sfidante, ma così promettente.
Il corso è strutturato attorno a tre principali temi didattici: (i) Fondamenti – Nozioni di base, concetti, modelli e problemi di riferimento nei sistemi fortemente non lineari (Gendelman, Rega, Vakakis); (ii) Metodologia – Strumenti analitici e numerici avanzati per sfruttare la dinamica e l'acustica fortemente non lineari (Cochelin, Gendelman, Kerschen, Rega, Vakakis); e, (iii) Applicazioni – Affrontare problemi pratici e diversificati in cui le idee e i metodi relativi alla forte non linearità diventano necessari (Cochelin, Kerschen, Krack, Vakakis, Vestroni). Il corso è rivolto a studenti laureati, docenti interessati, ricercatori e professionisti.

Il flusso e il trasporto nei media porosi sono rilevanti per molte applicazioni geofisiche, industriali e biologiche, inclusi il sequestro di carbonio, il drenaggio glaciale, la produzione di carta, il trasporto attraverso le pareti vascolari e la motilità batterica. Prevedere l'evoluzione di questi sistemi è difficile a causa dell'interazione tra diverse caratteristiche fisiche, come schemi di flusso complessi, convezione e reazione, e trasformazione della matrice porosa attraverso deformazione e cambiamento di fase. Inoltre, il flusso e il trasporto nei media porosi sono governati da processi fisici che coprono un'ampia gamma di scale di lunghezza e di tempo. L'aumento rapido della potenza computazionale ha recentemente reso possibile simulazioni tridimensionali, ad alta risoluzione e dipendenti dal tempo di questi flussi sia a scala porosa che a scala Darcy, producendo un intero ramo di ricerca fiorente sul flusso multifase nei media porosi. Anche i progressi sperimentali sono stati sostanziali, grazie a tecniche di misurazione migliorate sia in 2D che in 3D. Pertanto, è ora utile rivedere i numerosi studi sull'argomento per fornire una panoramica dello stato attuale dell'arte e mettere in prospettiva i futuri percorsi di ricerca.
Questo corso fornirà una panoramica degli approcci di modellazione più aggiornati, delle simulazioni numeriche e dei metodi sperimentali utilizzati per studiare la dinamica e le proprietà dei flussi nei media porosi caratterizzati da convezione e deformazione.
I fondamenti del trasporto nei media porosi saranno presentati, inclusi tecniche di upscaling, termodinamica delle miscele a due fasi, interpretazioni lagrangiane, diffusione frazionaria, non-località e memoria.
L'evoluzione dipendente dal tempo dei flussi indotti da convezione in diverse configurazioni sarà analizzata, con riferimento ad applicazioni geofisiche e industriali e con particolare attenzione alla dinamica e alle strutture della convezione, all'effetto delle proprietà dei materiali porosi sulla convezione e alla transizione dalla convezione 2D a quella 3D. Sarà presentata e rivista una panoramica delle tecniche sperimentali e numeriche per i flussi convettivi nei materiali porosi.
Saranno presentati i principi del accoppiamento tra flusso, trasporto e deformazione nei materiali porosi. Il limite di piccola deformazione e la poroelasticità lineare classica saranno discussi nel contesto dei flussi sotterranei. La poromeccanica a grande deformazione sarà discussa nel contesto degli idrogeli polimerici (inclusi i fenomeni di gonfiore e asciugatura), delle sospensioni di cellulosa (inclusi viscoelasticità e plasticità) e dei materiali granulari (inclusi attrito e riarrangiamento).
Le implicazioni della deformazione per la dispersione e la miscelazione dei soluti saranno considerate. Saranno considerati flussi a due fasi, inclusi gli effetti capillari e di bagnabilità. Gli approcci a campo di fase saranno introdotti nel contesto dei problemi di solidificazione multipla (inclusi ghiaccio, clatrati di metano e lava) e applicati alla crescita e migrazione delle bolle di gas nei materiali porosi morbidi.
Il corso è rivolto a studenti laureati e ricercatori in matematica applicata, fisica e ingegneria chimica/meccanica.
Gli argomenti avanzati e la presentazione dei progressi attuali in questo campo molto attivo saranno di notevole interesse anche per i ricercatori senior e i professionisti industriali che hanno un forte interesse a comprendere il comportamento complesso multiscala di tali flussi multiphase.

Recentemente, c'è stato un forte interesse nello sviluppo di nuovi micro- e nanomateriali,
in particolare, nanofibre (NF), per applicazioni biomediche. L'obiettivo di questo corso è fornire informazioni all'avanguardia sullo sviluppo di materiali e dispositivi basati su nanofibre per scopi biomedici avanzati. Con questo obiettivo, il corso mira a coprire la progettazione di nanomateriali fibrosi all'avanguardia delle scienze biomediche, esaminando le aree più importanti dalla modellazione della fabbricazione delle fibre alla loro applicazione finale.
Le fibre a nucleo e guscio con agenti curativi sono un elemento chiave per materiali compositi vascolari autoriparanti utilizzati per sostenere le proprietà meccaniche e per la protezione dalla corrosione. Saranno inoltre discussi i nanogeneratori triboelettrici sostenibili basati su NF composti da biopolimeri. Muscoli artificiali e attuatori termo-pneumatici morbidi con le NF incorporate impregnate di etanolo e attuatori morbidi termo-pneumatici simili a vesciche, che si deflettono in risposta al calore fornito alla loro base, rappresentano un passo importante verso la robotica morbida basata su NF. Le NF metallizzate sono materiali elettricamente conduttivi e altamente trasparenti, che promettono molto come riscaldatori tridimensionali, sensori e trattamento dell'emorragia subaracnoidea aneurismatica.
Le proprietà ottiche, elettroniche e fotoniche delle NF possono essere altamente importanti anche per dispositivi elettromeccanici e biomedici. Basate su una varietà di composti funzionali come polimeri coniugati, molecole organiche emittenti di luce, coloranti, piezo-polimeri, ecc., le NF possono essere utilizzate come mattoni per guide d'onda dielettriche miniaturizzate, amplificatori ottici, laser a stato solido, fibre ottiche attive e elementi di rivestimento superficiale di grande rilevanza per architetture lab-on-chip, dispositivi elettromeccanici, tecnologie indossabili e impiantabili.
Le interazioni elettrostatiche tra polielettroliti e l'aumento dell'entropia derivante dal rilascio di controioni sono le principali forze motrici per la complessazione dei polielettroliti. Discutiamo la formazione di NFs da complessi di polielettroliti in funzione del peso molecolare e della concentrazione del polimero, nonché della forza ionica e del pH della soluzione. Saranno discusse le applicazioni delle fibre di complesso di polielettroliti per l'attuazione e il rilascio di farmaci. Mostreremo diversi approcci per modellare il trasporto idrodinamico di sospensioni nanofibrose e i metodi sperimentali utilizzati per valutare le loro interazioni in ambienti micro e nanoscalari. Discuteremo anche delle proprietà dei materiali per il trattamento del cancro sviluppati negli ultimi decenni.
Le NFs sono utilizzate per sviluppare nuovi materiali compositi. Si sono dimostrate essere uno dei modi più efficaci per migliorare la resistenza meccanica del polimero matrice e la resistenza alla delaminazione dei compositi strutturali. È quindi importante comprendere la meccanica delle NFs e dei materiali correlati.
Questo corso è rivolto a studenti universitari dell'ultimo anno, studenti di laurea, ricercatori, ingegneri e professionisti dell'industria. Sarà di particolare importanza per coloro che sono interessati a sviluppare dispositivi e modelli innovativi basati su nanofibre grazie all'esposizione approfondita e completa delle basi fisiche di tali dispositivi e fenomeni correlati.

Questo corso mira a studiare l'interazione tra un flusso di fluido e il cambiamento di fase di un solido.
Il cambiamento di fase può essere una transizione di fase o un fenomeno di dissoluzione/precipitazione. La crescita o l'erosione del solido dipende dal flusso di calore e/o dalla concentrazione all'interfaccia fluido/solido. In numerose situazioni di interesse, questi sono controllati dal flusso del fluido. Poiché una topografia ondulata modifica il flusso nelle vicinanze dell'interfaccia, il legame tra la topografia, il flusso e il tasso di cambiamento di fase può controllare la modellazione del solido e portare alla formazione di schemi. Si aggiunge un ulteriore livello di complessità tenendo conto che la densità del fluido e la galleggiabilità sono funzioni della temperatura e della concentrazione. Inoltre, è necessario affrontare sia il trasporto di calore che di concentrazione quando si considera l'esempio cruciale dello scioglimento del ghiaccio in acqua salata.
Questi meccanismi sono responsabili della modellazione dei sistemi naturali su larga scala e danno origine a una miriade di schemi e forme di crescita. Lo scioglimento della copertura di ghiaccio ha conseguenze ambientali nel contesto del riscaldamento globale per determinare l'evoluzione a lungo termine del ghiaccio marino e dei ghiacciai. In geomorfologia, la scultura di rocce solubili come il calcare, il gesso o il sale da parte dell'acqua crea reti di grotte, foreste di pietra e altri schemi intricati dei paesaggi carsici.
I processi di solidificazione e convezione guidano la dinamica di fusione nel nucleo esterno e nel mantello della Terra. I venti modellano increspature e dune di ghiaccio sulla calotta polare di Marte. Alcuni dei meccanismi presentati qui per il cambiamento di fase di un solido si applicano anche ad altri problemi idrodinamici alle interfacce. L'evaporazione all'interfaccia tra un liquido e l'atmosfera è infatti analoga a un fenomeno di dissoluzione, poiché la pressione di vapore saturato svolge il ruolo di una concentrazione di saturazione. Inoltre, nei sistemi a due fasi, le instabilità di galleggiamento possono essere innescate da dissoluzione o precipitazione.
Oltre a plasmare i sistemi naturali, le transizioni di fase nel flusso advettivo sono importanti anche per una serie di applicazioni ingegneristiche. In idrologia, la comprensione della dissoluzione guidata dal flusso è cruciale per la valutazione del rischio di migrazione di contaminanti da serbatoi sotterranei o per i problemi di stabilità delle dighe. Il controllo delle instabilità del flusso è una sfida nei processi di sequestro di anidride carbonica. Il controllo della solidificazione gioca un ruolo chiave nella metallurgia e nella crescita dei cristalli, ma anche per la prevenzione della formazione di incrostazioni nelle centrali geotermiche o per la prevenzione del ghiaccio negli aerei o nei dispositivi fotovoltaici.
La Scuola è principalmente rivolta a dottorandi, post-doc e ricercatori all'inizio della carriera interessati alla meccanica dei fluidi ambientali, ma rimane aperta ai ricercatori di altri profili in fisica, chimica fisica, geofisica o ingegneria.
Sono benvenuti anche i ricercatori senior e gli ingegneri praticanti.

Il corso proposto mira a creare un ponte tra meccanica, chimica, fisica e biologia per formare nuovi scienziati nel nuovo e in rapida crescita quadro scientifico della materia morbida attiva. Molti trattamenti sanitari che coinvolgono la somministrazione di farmaci e la tecnologia dei trapianti di tessuti si basano su una profonda comprensione delle condizioni fisiologiche del tessuto vivente coinvolto. Per raggiungere questo obiettivo, è necessario tenere conto del legame tra il comportamento meccanico del tessuto e la sua attività biochimica a più scale di lunghezza, dai meccanismi intracellulari al comportamento del tessuto a livello di organo. In questo contesto, la maggior parte dei problemi scientifici richiede competenze interdisciplinari per essere affrontati, da qui la crescente necessità di una nuova generazione di scienziati capaci di combinare concetti fondamentali provenienti da diverse discipline.
Il corso è rivolto a ricercatori e studenti laureati nei campi della matematica applicata, ingegneria meccanica e chimica, fisica, biologia e biofisica.
Il Dr. Zhigang Suo introdurrà il concetto di idrogel. I gel polimerici costituiscono una piattaforma di modello fisico affidabile per la maggior parte dei tessuti biologici morbidi che costituiscono il corpo umano, quindi questo rappresenta le fondamenta di questo corso. Fornirà una panoramica di base sulle principali proprietà meccaniche di questi materiali, come la resistenza adesiva, la tenacità alla frattura, la resistenza alla fatica e la viscoelasticità.
Il Dr. Alessandro Lucantonio discuterà gli strumenti analitici e computazionali disponibili oggi per descrivere il comportamento meccanico dei gel, con particolare attenzione al loro comportamento poroelastico, che accoppia l'elasticità della rete polimerica e la diffusione delle specie.
Il Dr. Mattia Bacca discuterà la termodinamica della deformazione attiva per materiali rappresentati come un'evoluzione microstrutturale. Il fenomeno emerge da processi biochimici, l'attività dei motori molecolari alimentati dall'idrolisi dell'ATP, che alterano lo stato di equilibrio del materiale, risultando in una deformazione macroscopica (attiva).
Il Dr. Robert McMeeking discuterà la meccanica e la termodinamica della polimerizzazione dell'actina che avviene all'interno del citoscheletro e la meccanica dell'adesione cellulare. Questo metterà in evidenza le caratteristiche attive e anisotrope del materiale che costituisce le cellule viventi.
Il Dr. Antonio De Simone fornirà un'introduzione ai concetti fondamentali sulla locomozione guidata da strisciamento e deformazione dei sistemi viventi. Questo collegherà la motilità di una cellula con la sua attività biochimica a livello molecolare (actina-miosina, microtubuli-dineina).
Le lezioni della Dr.ssa Nancy Forde forniranno approfondimenti sulle tecniche sperimentali per la caratterizzazione della materia soffice e la misurazione di fenomeni a scala molecolare. Successivamente fornirà approfondimenti teorici e pratici sulla microreologia, la meccanica delle singole molecole e altre tecniche per creare motori molecolari sintetici.
Infine, la Dr.ssa Anne Bernheim fornirà approfondimenti sulla teoria e sulle tecniche sperimentali utilizzate per ricreare altri meccanismi a livello cellulare con sistemi in vitro e concluderà il corso.

Nel 1994, per la sua Lezione in Memoria di Dirac, Pierre Gilles de Gennes scrive: "Le frontiere tra i grandi imperi sono spesso popolate dai gruppi etnici più interessanti."
Fa quindi un'analogia con il suo lavoro sulle interfacce morbide che si trovano tra due forme di materia in massa. La stessa analogia vale per la Fisica dello Sport che si colloca al confine tra quattro grandi imperi, ovvero sport, biomeccanica, fisiologia e fisica. Lo scopo della scuola è esplorare questo territorio e illustrare la sua diversità e il potenziale di ricerca.
Il corso del Professor P.E. di Prampero sulla locomozione umana si colloca al confine tra fisiologia e fisica. Il corso sarà dedicato a un'analisi dettagliata delle principali caratteristiche energetiche e fisiologiche delle forme più comuni di locomozione umana sulla terra: camminare, correre e andare in bicicletta.
Il corso del Professor A. Hosoi si colloca al confine tra scienza dei dati e scienza dello sport, ad esempio, come possono l'apprendimento automatico e le reti neurali aiutare i giocatori di basket a prendere buone decisioni in campo? Questo tipo di domanda pratica sarà alla base della discussione sull'adozione crescente di questi nuovi strumenti scientifici nello sport.
Il corso del Professor C. Cohen sulla fisica del controllo del movimento esplorerà il confine tra fisica e biomeccanica. Partendo da osservazioni sul campo nel sollevamento pesi, le lezioni affronteranno domande profonde sulla generazione di forza e le questioni associate alla precisione del movimento.
Il corso del Professor L. Bocquet sull'attrito si colloca al confine tra fisica e scienza dei materiali. In tutti gli sport di corsa, l'obiettivo di raggiungere la massima velocità si ottiene attraverso una profonda conoscenza empirica della riduzione dell'attrito. L'idea principale dietro questo corso è collegare questa conoscenza alla scienza sottostante associata.
Il corso del Professor A.R. Harland si collocherà al confine tra design e meccanica e includerà discussioni sulla sua esperienza lavorativa con una vasta gamma di partner tra cui adidas, FIFA, International Cricket Council, BISFed e FIH.
Infine, il corso del Professor C. Clanet sulla fisica delle gare esplorerà la regione tra scienza dello sport, modelli fisici e ottimizzazione. Partiremo dai dati di campo ottenuti durante le gare olimpiche in ciclismo, canottaggio, kayak e nuoto, deriveremo modelli semplificati in grado di recuperare le principali caratteristiche osservate e discuteremo la generalizzazione dei modelli.
La Fisica e Tecnologia dello Sport attirerà designer, ingegneri, dottorandi e giovani ricercatori in fisica, biomeccanica, fisiologia, analisi dei dati e materiali. La scuola coprirà diversi aspetti dello sport utilizzando la fisica come denominatore comune. Sebbene il corso sia rivolto a dottorandi e giovani ricercatori in fisica e scienze dello sport, le lezioni includeranno applicazioni sportive e saranno accessibili a designer, ingegneri e scienziati dello sport.
Una sessione di poster con presentazioni orali di 3 minuti dei poster sarà inclusa nella scuola. I partecipanti saranno anche incoraggiati a presentare un video di 3 minuti. Saranno assegnati premi per i migliori poster e video.

Formulazioni matematiche avanzate, schemi computazionali e ibridi per la modellazione di strutture multi-componente e multi-strato fortemente inomogenee sono al centro del programma. Il corso riunisce una vasta esperienza multidisciplinare ispirata da numerose applicazioni ingegneristiche, inclusi, in particolare, la produzione e il design di pannelli fotovoltaici, vetro stratificato, e anche veicoli leggeri, robot morbidi, dispositivi di raccolta di energia e bio-compositi.
I recenti progressi nella scienza dei materiali, combinati con la crescente domanda di tecnologie ecocompatibili, stimolano un interesse sempre più forte per i materiali compositi con proprietà ad alto contrasto, così come per strutture stratificate fortemente inomogenee. La presenza di un forte contrasto nei parametri dei materiali, ad esempio, fino a 10-5 nella rigidità degli strati dei pannelli fotovoltaici, richiede lo sviluppo di nuovi approcci ai modelli matematici che governano il loro comportamento meccanico.
Il corso combina una serie di approcci teorici per lo studio di strutture multi-componente e multi-strato ad alto contrasto, incluse formulazioni basate su assunzioni fisiche, così come procedure asintotiche. Il corso è anche volto ad arricchire gli ascoltatori con nuovi sviluppi nella sintesi di metamateriali, nuove tecniche di omogeneizzazione per media periodici, propagazione delle onde in cristalli fononici morbidi e fatica e frattura in materiali morbidi.
In particolare, si discute il fenomeno delle specifiche basse frequenze naturali che sorgono come conseguenza di una forte inhomogeneità, insieme a un trattamento delicato delle condizioni al contorno, derivante dal principio di Saint-Venant opportunamente adattato per un laminato sottile. Viene inoltre fornita una panoramica dei metodi di omogeneizzazione dei media periodici continui o discreti, affrontando successivamente vari scenari, ad esempio formulazioni del gradiente di deformazione di media rinforzati con fibre, comportamento non convenzionale di strutture reticolate, ecc., dimostrando che i continui generalizzati possono sorgere dalla modellazione di media ad alto contrasto. Inoltre, si discute una classe di meta-materiali associati a micro-strutture pantografiche, che potrebbero sopportare grandi deformazioni rimanendo nel regime elastico. Un argomento correlato riguarda le grandi deformazioni, il buckling e le deformazioni post-buckling e i loro effetti sulla propagazione delle onde in cristalli fononici morbidi e metamateriali. Un altro argomento correlato riguarda l'analisi del fallimento della modellazione nei materiali morbidi, basandosi sul concetto di limitazione dell'energia di deformazione mediante limitatori di energia.
Le lezioni sono scelte per attrarre ricercatori, studenti laureati e borsisti post-dottorato, specializzati in Ingegneria Meccanica, Aerospaziale e Civile, così come in Matematica Applicata e Fisica, con un focus sugli sviluppi recenti nell'area dei solidi elastici ad alto contrasto che non sono ancora stati inclusi nei corsi di laurea tradizionali. Si prevede che sia i teorici che gli sperimentatori possano acquisire conoscenze utili partecipando al corso.

Gli approcci classici alla modellazione e simulazione nella meccanica dei solidi si basano fortemente su modelli costitutivi. Questi forniscono equazioni costitutive, che completano le equazioni di bilancio dei problemi di campo o di valore al contorno. Ampi sforzi di ricerca in corso sono dedicati nella comunità scientifica a sintonizzare e migliorare continuamente i modelli e le equazioni costitutive per varie classi di materiali e vari regimi di sollecitazione (ampiezze e tassi di carico, temperatura, chimica, ...), così come a identificare i parametri associati. I modelli costitutivi presentano quindi una grande diversità che comprende un'ampia gamma di applicazioni, eppure questa varietà suggerisce anche l'incertezza epistemica intrinseca portata da questi modelli. Se l'incertezza associata ai parametri costitutivi può essere quantificata,
l'incertezza associata ai modelli stessi è molto più difficile da misurare. Da un punto di vista più storico, i modelli costitutivi sono stati inizialmente concepiti per generalizzare le osservazioni sperimentali fatte su regimi di carico specifici (tipicamente omogenei) a carichi più generali.
Con i recenti progressi nelle tecniche di imaging, le osservazioni sperimentali sono oggi molto più ricche di informazioni e i modelli costitutivi esistenti sono talvolta incompatibili con questa abbondanza di dati. Approcci basati sui dati sono stati recentemente sviluppati per sfruttare meglio i grandi volumi di misure sperimentali moderne, cercando di evitare il bias indotto dai modelli costitutivi.
Il presente corso si concentrerà su un approccio globale basato sui dati, evitando completamente l'uso di modelli (modelli statistici o modelli costitutivi), che potrebbero quindi essere etichettati come privi di modelli.
Il corso proposto costituirà un'introduzione coerente e completa al paradigma basato sui dati e senza modello per la meccanica solida computazionale. Dopo un'introduzione generale al paradigma basato sui dati e a come esso differisca fondamentalmente dal paradigma classico, il corso porterà gli studenti dall'acquisizione di ricchi set di dati meccanici, in particolare da immagini, alla simulazione numerica basata sui dati nella meccanica non lineare delle strutture. Durante il percorso, verranno trattati aspetti importanti come le basi matematiche dei metodi basati sui dati e di apprendimento automatico, e la necessità e i modi per tenere conto della natura stocastica e imperfetta dei dati reali. Dati abbondanti vengono generati anche negli approcci multi-scala, e il corso discuterà di come il paradigma basato sui dati possa essere rilevante anche in quel contesto. Infine, verranno discussi le attuali sfide nel trattare le non linearità e i comportamenti dipendenti dalla storia.
Il corso includerà anche una serie di sessioni pratiche, in cui gli studenti sperimenteranno l'approccio basato sui dati, partendo da una serie di immagini da cui estrarre dati, elaborarli per costruire un database di materiali e utilizzare questo database in una simulazione basata sui dati. Verrà anche mostrato come accoppiare algoritmi basati sui dati con software standard di elementi finiti come Abaqus.