CORSI 2024

CORSI AVANZATI

GOCCE, GETTI E FILM
6 - 10 maggio

Coordinatori:

Cameron Tropea (Darmstadt, Germania)
Alexander L. Yarin (Chicago, IL, USA)

Il corso è focalizzato su generazione, stabilità e interazione di gocce, getti e film, e sui conseguenti impatti sociali, industriali ed ambientali. Il corso è rivolto a ricercatori junior in ingegneria, fisica, meccanica, matematica, chimica, biologia, medicina e scienze forensi, e la trattazione parte dalla storia delle discipline per arrivare agli sviluppi sperimentali ed alle simulazioni numeriche. I relatori utilizzano metodologie diverse e mettono in evidenza i punti di forza e le limitazioni dei diversi approcci sottolineandone, peraltro, la complementarità.
Gli argomenti trattati sono di grande attualità, viste le possibili applicazioni alla diffusione della pandemia da COVID e, in generale, alle implicazioni sociopolitiche ed economiche della presenza di aerosol nell’atmosfera. Gli avanzamenti negli approcci teorici, numerici e sperimentali, uniti a prospettive interdisciplinari, rendono il corso molto rilevante. Infatti, oltre a consentire una comprensione completa attraverso l’analisi storica e la trattazione delle fondamenta, si occupa delle applicazioni pratiche, incoraggiando la partecipazione attiva degli studenti attraverso discussioni e presentazioni di poster. Gli argomenti chiave includono interfacce liquide, flusso interfacciale, instabilità idrodinamiche, impatto di gocce e atomizzazione.

SUBSTRUTTURAZIONE SPERIMENTALE E TRASFERIMENTO DEI RISULTATI ALL’ANALISI DEGLI INSIEMI STRUTTURALI
13 - 17 maggio

Coordinatori:

Daniel Rixen (Monaco, Germania)
Gregor Cepon (Ljubljana, Slovenia)

Il corso si concentra sulla substrutturazione, una tecnica comunemente utilizzata nell'ingegneria moderna per suddividere problemi complessi in sotto-problemi più piccoli e gestibili. Nella substrutturazione numerica tradizionale, i componenti di un grande modello strutturale vengono analizzati separatamente, ridotti in base alla loro dinamica fondamentale, e quindi riassemblati. Negli ultimi anni lo stesso approccio è stato applicato anche alla dinamica sperimentale, dove i componenti vengono testati separatamente e poi assemblati per la simulazione con modelli sperimentali o numerici di altri componenti. Il corso è focalizzato sui progressi nella substrutturazione sperimentale, trattando argomenti come la quantificazione dell'incertezza, l'identificazione simultanea (comprensiva dell’analisi dei giunti non lineari), i problemi ad alta frequenza e le interfacce complesse che si hanno nelle applicazioni industriali.
Il corso è rivolto a studenti e ricercatori nel settore della dinamica sperimentale, e ad ingegneri che affrontano problemi NVH (Noise, Vibration, and Harshness) complessi. Il corso parte dai concetti di base della substrutturazione, ed è accessibile a chi ha una conoscenza generale della dinamica strutturale, anche senza competenze specifiche nella substrutturazione. Il corso include l'identificazione sperimentale delle sottostrutture, la substrutturazione basata sulla frequenza (FBS), la substrutturazione basata sull’analisi modale, l’esame dei percorsi di trasferimento (TPA), la gestione di dati reali e delle realtive incertezze, la substrutturazione non lineare, oltre ai più recenti metodi speciali. Durante il corso saranno presentati esempi accademici e industriali per illustrare l’applicazione dei codici open-source.

FRATTURA DUTTILE E RELATIVA LOCALIZZAZIONE: ASPETTI SPERIMENTALI, TEORICI E COMPUTAZIONALI
20 -24 maggio

Coordinatori:

Ahmed Benallal (Paris, Francia)
Odd Sture Hopperstad (Trondheim, Norvegia)

Il corso è focalizzato sulla frattura duttile (che è la modalità di rottura più comune nelle leghe metalliche), e si propone di presentare una visione completa delle problematiche relative. In quest’ottica, tratta le osservazioni sperimentali, la modellizzazione teorica e gli aspetti computazionali legati al danneggiamento duttile nei metalli. Gli argomenti chiave includono gli approcci al danneggiamento duttile (come la visco-plastica a deformazione finita e la meccanica del danneggiamento continuo), la localizzazione delle rotture duttili, le problematiche malposte e gli effetti scala nella rottura duttile. Non vengono trascurati nemmeno gli aspetti computazionali legati all'uso di ABAQUS e alla modellizzazione della propagazione delle crepe.
Il corso si rivolge a dottorandi, ricercatori e ingegneri interessati a comprendere e applicare gli sviluppi recenti nella rottura duttile dei metalli strutturali e, in tale contesto, fornisce anche gli strumenti per il trasferimento tecnologico dalla ricerca alle applicazioni.

FISICA DEGLI STRUMENTI MUSICALI APPLICATA ALLA COSTRUZIONE DEGLI STRUMENTI STESSI
27 - 31 maggio

Coordinatori:

Antunes José (Lisboa, Portogallo)
Dalmont Jean-Pierre (Le Mans, Francia)

Il corso si occupa dell’applicazione dei principi fisici alla progettazione e costruzione degli strumenti musicali. In particolare, illustra come le proprietà dei materiali utilizzati, le forme geometriche e le dimensioni influenzino il suono prodotto dagli strumenti. Del resto, è ben noto che scienze come l'acustica, e processi fisici come la risonanza e le vibrazioni sono cruciali nella creazione di strumenti con le qualità tonali desiderate. Infatti, i produttori sia industriali sia artigianali di strumenti ormai utilizzano la Fisica per ottimizzare la progettazione, la scelta dei materiali e le tecniche di costruzione, mirando a realizzare strumenti di qualità e “suonabilità” superiori.

ISTERESI NEI MATERIALI FUNZIONALI: DAI MODELLI FISICI ALLA SIMULAZIONE NUMERICA
3 - 7 giugno

Coordinatori:

Manfred Kaltenbacher (Graz, Austria)
Astrid Pechstein (Linz, Austria)

L’isteresi dei materiali è alla base della progettazione di sistemi "intelligenti", che utilizzano materiali “funzionali” (ovvero in grado di svolgere un compito) di tipo ferroelettrico o ferromagnetico nella realizzazione di sensori ed attuatori. Pertanto, si intuisce che nella progettazione di nuovi dispositivi è indispensabile una comprensione dettagliata della fisica dei materiali “funzionali” soprattutto quando, in varie applicazioni, vengono portati ai loro limiti prestazionali.
Il corso illustra i fondamenti dell’isteresi dei materiali funzionali dai punti di vista dei principi fisici e della scienza dei materiali e, insieme, presenta i principali strumenti di analisi teorica, numerica e sperimentale. In tale contesto sono trattati in dettaglio argomenti come i materiali ferroelettrici e ferromagnetici, e strumenti di analisi come le disequazioni variazionali, il bilancio energetico dell'isteresi e la modellazione di grandi deformazioni in polimeri elettroattivi. Le sessioni pratiche prevedono l’utilizzo, ai fini progettuali, di diversi modelli di isteresi utilizzando varie configurazioni computazionali. Infine, il corso prevederà sessioni di presentazione poster nelle quali i partecipanti saranno invitati a illustrare i loro argomenti di ricerca.

APPLICAZIONI DELLA MECCANICA DEI FLUIDI ALL’ANALISI ENERGETICA E DEL COMFORT TERMO-IGROMETRICO DEGLI EDIFICI
10 - 14 giugno

Coordinatore:

Henry Burridge (Londra, Regno Unito)

Il corso esplora le applicazioni della meccanica dei fluidi all’analisi termodinamica e biochimica degli edifici dai punti di vista del consumo energetico, del comfort termo-igrometrico, della qualità dell'aria interna e della trasmissione delle malattie. Il corso si articola in cinque gruppi di lezioni interconnessi che trattano argomenti come la meccanica dei fluidi urbana, le prestazioni termiche degli edifici, le strategie efficaci di ventilazione, gli inquinanti interni e le ricerche volte a valutare e mitigare gli impatti negativi degli edifici sulla salute e sul benessere degli occupanti. Gli argomenti tecnici specifici includono: l’analisi degli strati limite atmosferici e dei flussi d'aria urbani, gli effetti del cambiamento climatico, le fonti di inquinamento, il trasporto di calore, la termofisiologia, la qualità dell'ambiente interno e le strategie di ventilazione a basso consumo energetico. Il corso affronta anche l'inquinamento dell'aria interna, prendendo in considerazione inquinanti particolati e gassosi, ed esplorando, in tale contesto, i meccanismi di trasmissione delle malattie infettive.

MICROFICICA DELLE NUVOLE ATMOSFERICHE
17 - 21 giugno

Coordinatore:

Daniela Tordella (Torino, Italia)

Il corso illustra l’importanza delle nuvole nel ciclo idrologico e il loro ruolo nella meteorologia e nell'ispirazione artistica. Infatti, mette in luce le connessioni storiche tra arte e scienza, in particolare riguardo alla classificazione delle nuvole di Luke Howard e all'interesse mostrato da poeti come Wolfang Goethe e pittori come William Turner.
Il corso sottolinea come le nuvole, nonostante la loro natura effimera, influenzino notevolmente la dinamica atmosferica globale e il clima, incidendo sulla distribuzione dell'energia ed il bilancio radiativo. Il corso si occupa anche degli argomenti di maggior interesse per eventuali tesi di dottorato legate alle nuvole, spaziando dai processi microfisici alle tecniche osservative, e sottolineandone l'importanza nella comprensione della dinamica atmosferica.

MECCANICA DELLE CELLULE E DEI TESSUTI OSSEI
17 - 21 giugno

Coordinatore:

Gwendolen Reilly (Sheffield, Regno Unito)

Il corso è volto ad approfondire la complessità della meccanica ossea, esplorando l'adattamento ai carichi, i meccanismi di autoregolazione e l'impatto delle malattie e dell'invecchiamento. A tal fine, parte dai tre livelli di organizzazione strutturale - organo e tessuto e cellula - per trattare la resistenza ossea, le intricate architetture porose all’interno dei tessuti ossei ed i sistemi meccanosensoriali all'interno delle cellule. A livello di organo, pone l'accento su tecniche di imaging e computazionali per diagnosticare la resistenza ossea ed esplorare i modelli che descrivono gli adattamenti ossei alle condizioni meccaniche. A livello di tessuto esamina le complesse strutture porose delle ossa, illustrando i metodi di visualizzazione ed i modelli che spiegano l'evoluzione strutturale sotto carichi meccanici e descrivono gli effetti delle malattie e dell’invecchiamento. Infine, a livello cellulare illustra i sistemi meccanosensoriali, le vie di comunicazione cellulare, gli effetti della microporosità e le moderne tecniche come microfluidica e stampa 3D per gli studi sulle cellule stesse.
Il corso funge da piattaforma per la fertilizzazione interdisciplinare, incoraggiando scambi di informazioni tra vari settori, come ingegneria, biologia, medicina veterinaria, ortopedia e odontoiatria. Pertanto, si rivolge a studenti universitari, dottorandi e giovani docenti, con l'obiettivo di promuovere prospettive diverse e approcci completi alla meccanica ossea. Il formato delle lezioni prevede presentazioni di poster e sessioni di domande e risposte per stimolare le discussioni e la condivisione delle conoscenze.

PROBLEMI MULTICAMPO SU DIVERSE SCALE DIMENSIONALI. MATERIALI PER LO SVILUPPO DI TECNOLOGIE VERDI
24 - 28 giugno

Coordinatori:

Jörg Schröder (Essen, Germania)
Michele Marino (Roma, Italia)

Il corso sottolinea l'importanza dei progressi nella scienza e nell'ingegneria dei materiali volti ad arrivare ad una società sostenibile. Mette in evidenza la necessità dello sviluppo di materiali per applicazioni energetiche come la conversione e lo stoccaggio dell’energia (del tipo: nuovi magneti, batterie e serbatoi per l’idrogeno), e la realizzazione di dispositivi intelligenti (come sensori e attuatori). Particolare attenzione è dedicata anche alla comprensione e alla modellazione delle interazioni multicampo su varie scale, e dei relativi aspetti elettromagnetici, elettromeccanici e chemiomeccanici, fondamentali per la funzionalità e la durabilità dei materiali utilizzati nelle soluzioni energetiche sostenibili.
Il corso affronta la modellizzazione matematica mltiscala, l'analisi dei dati le strategie di progettazione per la realizzazione di materiali multicampo, offrendo un approccio completo e interdisciplinare che tratta metodologie sperimentali, teoriche e computazionali. Tra i temi chiave sono compresi la termodinamica del continuo, gli approcci numerici, le tecniche di omogeneizzazione e lo studio di casi concernenti applicazioni come la fragilità da idrogeno negli acciai ed i guasti delle batterie agli ioni di litio con elettroliti solidi. Il corso è rivolto a studenti universitari e a ricercatori post-dottorato provenienti sia dall’accademia sia dall’industria, interessati alle analisi multifisiche su scale diverse.

MECCANICA VARIAZIONALE DELLE FRATTURE E MODELLI A CAMPO DI FASE (PHASE-FIELD)
1 - 5 luglio

Coordinatori:

Laura De Lorenzis (Zurigo, Svizzera)
Corrado Maurini (Parigi, Francia)

Il corso mira a familiarizzare studenti universitari, ricercatori e ingegneri con l'approccio variazionale a “campo di fase” applicato alla meccanica delle fratture, in quanto tale metodo è ormai dominante nell’analisi teorica e computazionale dei danni provocati dalle fratture. Il corso si occupa della modellazione variazionale del “campo di fase” durante i processi di frattura, illustrandone i fondamenti matematici e collegandoli alla meccanica dei danni continui. Insieme, sono esplorate le applicazioni più ampie del modello alla scienza dei materiali, alla meccanica dei fluidi e alle ottimizzazioni topologiche.
Il corso non solo presenta i fondamenti teorici e matematici dei modelli a campo di fase, ma offre anche tutorial pratici di applicazione del calcolo variazionale alle analisi computazionali.
In particolare:

Blaise Bourdin introdurrà i concetti di base della frattura fragile variazionale.
Flaviana Iurlano tratterà i collegamenti matematici tra modelli di crepa netta e le loro controparti regolarizzate.
Laura De Lorenzis e Corrado Maurini si occuperanno della derivazione delle equazioni che governano l'evoluzione del danno, la stabilità ed i criteri di nucleazione delle fratture.
Peter Vorhees presenterà una panoramica sui metodi del campo di fase, partendo dalle basi termodinamiche e illustrando le diverse classi di modelli conservativi e non conservativi.
Jack Hale porrà l’accento sugli aspetti numerici, trattando i risolutori e il calcolo parallelo e presentando esempi pratici di soluzione basati sul metodo degli elementi finiti.

MECCANICA DEI SISTEMI ATTIVI E DELLE STRUTTURE BIOLOGICHE: DAI FONDAMENTI AI RISULTATI RECENTI
8 - 12 luglio

Coordinatori:

Antonio De Simone (Pisa, Italia)
Pedro Reis (Lausanne, Svizzera)

Il corso mira ad offrire una trattazione approfondita della ricerca contemporanea nella Meccanica dei Solidi e delle Strutture attraverso una rivalutazione degli aspetti fondamentali di tale disciplina. Pertanto, è rivolto a studenti universitari e giovani ricercatori che cercano un'introduzione accelerata ai progressi recenti nell'analisi del comportamento e del collasso dei materiali avanzati, inclusi i sistemi biologici.
Lezioni chiave comprendono:

Meccanica delle strutture sottili (attive e passive) illustrata da A. De Simone e P. Reis, con discussioni su strutture adattive, robotica morbida e applicazioni bioispirate.
Meccanica della frattura illustrata da L. De Lorenzis e K. Ravi-Chandar, che tratta i fondamenti sperimentali e teorici, la modellazione con campo di fase e le applicazioni a tessuti biologici e mezzi porosi.
Meccanobiologia della crescita e morfogenesi illustrata da A. Goriely ed Ellen Kuhl, focalizzata sulle applicazioni alla modellazione del cervello umano.

Inoltre, il piano completo delle lezioni include argomenti come:

Meccanica delle verghe in 2D, dedicata a vari aspetti che vanno dalla teoria elastica di Eulero alle applicazioni al controllo della forma strutturale e alle oscillazioni biologiche.
Meccanica di verghe, piastre e gusci in 3D, dedicata agli approfondimenti delle teorie 2D e alla presentazione di esempi di applicazione a processi di piegatura, instabilità e comportamento magneto-attivo.

MODELLAZIONE COMPUTAZIONALE DEL CUORE: DAI FONDAMENTI ALLE APPLICAZIONI CLINICHE
8 - 12 luglio

Coordinatori:

Manuel Garcia-Villalba (Seattle, USA)
Juan Carlos del Alamo (Vienna, Austria)

I progressi recenti nella modellazione computazionale, nella scienza dei dati e nell'Intelligenza Artificiale hanno avuto un impatto significativo sulla ricerca cardiovascolare, grazie anche allo sfruttamento di tecnologie di imaging medico all'avanguardia. Questi progressi, uniti a una maggiore potenza di elaborazione e ad un'infrastruttura di comunicazione avanzata, consentono la creazione di modelli ad alta fedeltà specifici per il paziente e facilitano le collaborazioni interdisciplinari per formulare modelli multi-scala e multi-fisica. Questa rivoluzione nella scienza cardiovascolare produce gemelli digitali realistici, utili per comprendere i meccanismi delle malattie cardiache, progettare dispositivi medici, esplorare terapie e migliorare le diagnosi.
Tuttavia, persistono criticità nel tradurre i progressi computazionali in sistemi di supporto alle decisioni cliniche. Gestire vaste e diversificate basi di dati insieme a grandi risorse computazionali, integrare modelli multi-scala e multi-fisica e rappresentare dettagli intricati del sistema cardiovascolare sono le principali difficoltà che si incontrano nella realizzazione di modelli ad alta fedeltà. Pertanto, al fine di guadagnare la fiducia degli operatori sanitari, sono cruciali una rigorosa convalida con dati clinici reali ed un profondo esame delle questioni regolatorie ed etiche.
Per sfruttare appieno il potenziale attuale della ricerca cardiovascolare e superare tutte le sfide, è necessario formare una nuova generazione di scienziati con preparazione multidisciplinare. Il corso proposto illustrerà le competenze fondamentali e gli sviluppi innovativi necessari per la modellazione computazionale cardiaca, enfatizzando la multi-fisica, la modellazione multi-scala, la creazione di gemelli digitali, l'incorporazione di dati specifici del paziente e l'integrazione nei sistemi di supporto alle decisioni cliniche. Rivolto a studenti universitari in scienze applicate e ingegneria, il corso accoglie ricercatori desiderosi di diversificare la propria competenza in bio-elettro-meccanica cardiaca. Include discussioni sulla biomeccanica cardiaca, sulle tecniche di modellazione all'avanguardia, sull’apprendimento automatico per l'analisi delle immagini e presenta esempi di modelli computazionali integrati con i sistemi di supporto alle decisioni cliniche. Infine, le sessioni poster mirano a favorire la comunicazione interdisciplinare tra i partecipanti.

PROBLEMI INVERSI PER SISTEMI MECCANICI: METODI, SIMULAZIONI ED ESPERIMENTI
15 - 19 luglio

Coordinatori:

Antonino Morassi (Udine, Italia)
Alexandre Kawano (San Paolo, Brasile)

Il corso approfondisce i problemi inversi che si presentano in vari campi delle scienze applicate e della tecnologia, al fine di determinare parametri sconosciuti partendo da modelli matematici. In queste situazioni, parametri costitutivi o geometrici possono essere inaccessibili o solo parzialmente conosciuti e, di conseguenza, sono necessari metodi per identificare possibili difetti nei sistemi o fattori sconosciuti.
Purtroppo, i problemi inversi spesso differiscono da quelli diretti in termini di incognite e dati, e presentano non linearità e complessità analiticche, nonostante i problemi diretti siano semplici e lineari. Affrontare queste difficoltà richiede approcci matematici “ad hoc” poiché i metodi teorici generici sono spesso insufficienti. L’indagine comporta anche la formulazione di strategie numeriche considerando disturbi, errori di misurazione ed elementi probabilistici. Nei sistemi meccanici, inoltre, emergono complessità dovute a limitazioni dei modelli, incompletezza dei dati e, talvolta, complessità del sistema.
Il corso mira a esplorare i progressi recenti nella soluzione dei problemi inversi per i sistemi meccanici, trattando argomenti come il rilevamento dei danni, l’aggiornamento del modello, il controllo delle vibrazioni e le tecniche innovative come l'imaging foto-acustico e l’impiego di sensori basati su nanostrutture. Rivolto a dottorandi e ricercatori in ingegneria civile e meccanica, fisica matematica e matematica applicata, il corso offre una base teorica, strumenti matematici, metodi computazionali e approfondimenti sperimentali, mettendo in evidenza i progressi recenti, inclusi quelli che incorporano il “deep learning” probabilistico.

FLUSSI PARTICELLARI DENSI: DAI MODELLI MICROMECCANICI A QUELLI MACROSCOPICI
22 - 26 luglio

Coordinatori:

Pascale Aussillous (Marsiglia, Francia)
Bernhard Vowinckel (Braunschweig, Germania)

Il comportamento delle particelle nelle sospensioni dense è rilevante per diversi settori dell'ingegneria, della fisica e dei processi ambientali. Gli esempi includono l’ispessimento dell’amido di mais, la dinamica dei flussi detritici e lo scorrimento sotto sforzo delle sabbie mobili. Per comprendere questi comportamenti occorre collegare le interazioni delle particelle a livello microscopico con il flusso complessivo. Emerge così una viscosità efficace, spesso anisotropa e dipendente dallo sforzo tangenziale, che influenza i comportamenti dei flussi macroscopici. A sua volta la reologia delle sospensioni fluide dense, condizionata da molteplici scale di stress, influisce sui modelli ingegneristici a larga scala. Tuttavia, nonostante l’importanza delle applicazioni ed i progressi recenti nelle ricerche, manca ancora un quadro reologico completo che consenta, in tutta generalità, lo sviluppo di modelli da utilizzare su larga scala.
Il corso presenta le ricerche più avanzate sulla reologia delle sospensioni dense nell’ingegneria dei processi, nell’ingegneria civile, nella scienza dei materiali e nella geofisica. Inoltre, approfondisce sia la teoria sia le applicazioni illustrando esperimenti in laboratorio e simulazioni a scala di campo. L'accento è posto sul collegamento delle diverse applicazioni in un quadro unificato, esplorando le ipotesi alla base dei diversi approcci di modellazione.

MECCANICA DEL CONTATTO NELLA DINAMICA MULTICORPO: DAI MODELLI ALLE APPLICAZIONI
2 - 6 settembre

Coordinatori:

Paulo Flores (Minho, Portogallo)
Christian Hesch (Siegen, Germania)

Il corso è focalizzato sulle difficoltà meccaniche e computazionali che si incontrano investigando la meccanica dei contatti nella dinamica multicorpo. In particolare, illustra le teorie classiche del contatto elastico e plastico, gli algoritmi computazionali per la dinamica multicorpo, la tribologia e gli effetti dell’usura. Le applicazioni spaziano dalla dinamica dei veicoli alla biomeccanica, e sono esplorate utilizzando metodi computazionali associati alla meccanica dei contatti. In questo quadro, il corso offre una panoramica completa degli eventi di contatto-urto, impiegando elementi rigidi e flessibili, e discutendo le diverse formulazioni, oltre alle ricerche in corso e alle varie possibili applicazioni. Le lezioni, tenute da esperti degli argomenti specifici, trattano le leggi costitutive, le tecniche numeriche, l’integrazione temporale e le metodologie specializzate per la rilevazione dei contatti nelle griglie degli elementi finiti.
Il corso mira a integrare teoria, aspetti numerici e applicazioni, enfatizzando i progressi recenti e le possibili direzioni di ricerca. Pertanto, riunisce ricercatori, studenti e docenti con diversa formazione, al fine di scambiare idee e perfezionare le metodologie utilizzate sinora. In questo quadro, un seminario di lavoro tenuto al secondo giorno consentirà ai partecipanti di presentare sé stessi e i propri interessi di ricerca.

RIDUZIONE DEL MODELLO E APPRENDIMENTO MECCANICO PER SOLIDI, FLUIDI E CONTROLLI
9 - 13 settembre

Coordinatori:

George Haller (Zurigo, Svizzera)
Shobhit Jain (Delft, Paesi Bassi)

Il corso è focalizzato sulla crescente complessità dei processi scientifici e ingegneristici, che richiedono rappresentazioni matematiche di ordine superiore, spesso conosciute in modo incompleto. Per affrontare questa difficoltà, gli esperti di riduzione (ovvero semplificazione) dei modelli impiegano tecniche all'avanguardia in grado di rappresentare gli aspetti fisici essenziali attraverso modelli di ordine ridotto, ma realizzati “ad hoc” per ciascuna applicazione.
Il corso esamina metodi matematici avanzati come proiezioni, invarianti e reti neurali, approfondendo la teoria e l'implementazione numerica. In particolare, esplora varietà invarianti di ordine inferiore, strumenti “open source” per l’identificazione di modelli semplificati e l’utilizzo di reti neurali per la scoperta e l'interpolazione di insiemi invarianti. Le lezioni spaziano da argomenti relativi alle reti neurali nella previsione dei fenomeni sociali, a reti basate sulla fisica nella risoluzione del movimento continuo modellato da equazioni differenziali alle derivate parziali. Infine, il corso introduce metodi generali certificati a base ridotta, e metodi di semplificazione per sistemi complessi.

TENSEGRITÀ DEI SISTEMI: DALLA BIOMECCANICA AI METAMATERIALI MECCANICI
16 - 20 settembre

Coordinatori:

Fernando Fraternali (Salerno, Italia)
Julián Rimoli (Irvine, CA, USA)

Il corso esamina i sistemi “tensegrity” (termine inglese sintesi di “tensione” e “integrità”), costituiti da strutture a traliccio composte da elementi pre-compressi collegati da elementi pre-tesi. Tali strutture sono diffuse in natura, e vanno dalla seta del ragno agli insiemi di ossa e tendini.
In particolare, il corso si occupa del comportamento meccanico dei sistemi tensegrity soggetti a grandi spostamenti e della realizzazione di nuovi metamateriali (ovvero materiali non esistenti in natura ma creati artificialmente “su misura” per diverse applicazioni). In tale quadro vengono illustrati metamateriali per applicazioni meccaniche, strutture spaziali e i sistemi biologici.
Gli argomenti trattati includono concetti di base, metodi di calcolo e blocchi tematici dedicati ai metamateriali tensegrity, ai sistemi meccanici, alle applicazioni spaziali, alle proprietà meccaniche estreme, alla “biotensegrità” ed alle caratteristiche biomeccaniche non lineari. Il corso è pensato per dottorandi, giovani ricercatori, ingegneri, professionisti medici e architetti interessati ai sistemi tensegrity.

MECCANICA COMPUTAZIONALE E GEOMETRICA DI SISTEMI DISCRETI E CONTINUI
23 - 27 settembre

Coordinatori:

Andreas Müller (Linz, Austria)
Zdravko Terze (Zagabria, Croazia)

Il corso esplora il campo in rapida crescita dei sistemi meccanici non olonomi (cioè non interi, ovvero formati da più corpi), identificabili in diverse configurazioni. In questo quadro, sottolineando il ruolo delle connessioni nella descrizione delle relazioni cinematiche e dinamiche, l’approccio olistico conduce a formulazioni computazionali molto efficienti per sistemi complessi.
La meccanica geometrica, infatti, impiegando formulazioni matematiche avanzate (come gruppi di Lie e prospettive di fascio), gioca ruoli fondamentali nella robotica moderna, nella dinamica computazionale multicorpo e nelle interazioni fluido-struttura. In tali settori, gli avanzamenti più recenti vanno dalla simulazione dinamica, al controllo e alle applicazioni di intelligenza artificiale, nelle quali diventa possibile l’uso di modelli geometrici a ridotta dimensionalità.
Il corso, mira a familiarizzare i partecipanti con i concetti fondamentali, le formulazioni matematiche e le diverse applicazioni della meccanica geometrica, trattando argomenti che vanno dalle basi teoriche ai metodi computazionali pratici per la dinamica multicorpo, non trascurando gli sviluppi di ricerca interdisciplinari.

EVOLUZIONE DEL DANNO IN FUNZIONE DEL TEMPO E DELLA VELOCITÀ DI DEFORMAZIONE, E FRATTURA NEI MATERIALI COMPOSITI AVANZATI30 settembre - 4 ottobre

Coordinatori:

Tomasz Sadowski (Lublin, Polonia)
Holm Altenbach (Magdeburg, Germania)

I materiali innovativi multifase sono ormai molto richiesti per le moderne applicazioni aerospaziali, automobilistiche e per diversi settori dell’ingegneria civile nei quali è necessario progettare materiali compositi che ottimizzino le risposte ai carichi applicati. In tale contesto si arriva a compositi fibrosi, laminati e multifase con intricate architetture interne, diversi livelli di porosità e vari rinforzi. Invariabilmente, le proprietà macroscopiche che influenzano il comportamento dei nuovi materiali, come rigidità e resistenza, derivano da processi multifisici che hanno luogo su scale minori.
Il corso propone lezioni tenute da specialisti nella modellazione e nell'osservazione sperimentale dei processi di danneggiamento e frattura in materiali innovativi soggetti a carichi rapidamente variabili, considerando simultaneamente processi multifisici e varie scale di lunghezza. I progressi ottenuti grazie a questo approccio sono stati particolarmente rilevanti per materiali come polimeri, metalli, compositi a matrice metallica, laminati, compositi interpenetranti e solidi vuoti. Le lezioni approfondiscono anche la trattazione dei compositi ceramici, esaminando i processi di danneggiamento a diverse scale e interfacce.
Ciò consente di discutere metodologie per risolvere problemi dipendenti dal tempo e dalla velocità di deformazione e di confrontare vantaggi e svantaggi di metodi diversi basati sugli elementi finiti, sul campo di fase o sulle formulazioni peridinamiche. Infine, il corso si occupa di tecniche di misura sperimentali utilizzate per investigare i processi di deformazione ad alta velocità. In particolare, sono illustrate le valutazioni tramite tomografia micro-computerizzata (Micro-CT), i test di impatto a bassa velocità e l’impiego di apparecchiature speciali, come la barra di pressione di Hopkinson suddivisa (Split-Hopkinson pressure bar).

DINAMICA DEL BILACIAMENTO UMANO
14 - 18 ottobre

Coordinatori:

Tamás Insperger (Budapest, Ungheria)
John Milton (Austin, TX, USA)

Il corso è focalizzato sulla comprensione dei meccanismi di controllo dell'equilibrio umano, utilizzando nozioni di fisiologia, anatomia e teoria dei controlli dei sistemi dinamici con ritardo temporale. In tale contesto vengono esaminati insieme il bilanciamento di un pendolo inverso e l'oscillazione posturale, mettendo in relazione abilità motorie volontarie e riflessi neurali. In questo quadro i relatori esplorano come il sistema nervoso gestisca l'equilibrio, affrontando problemi simili a quelli incontrati dagli ingegneri meccanici nella stabilizzazione delle strutture.
Le lezioni sono rivolte ai non esperti di sistemi dinamici con ritardo temporale e di meccanismi dell’equilibrio umano, e illustrano le moderne teorie del bilanciamento basate sui meccanismi di retroazione con ritardo temporale e sulla natura intermittente del controllo neurale. Dimostrazioni pratiche ed esplorazioni matematiche approfondiscono le considerazioni di stabilità delle equazioni differenziali con ritardo, e le applicazioni riguardano molteplici problemi di equilibrio umano.
Il corso è rivolto a studenti di laurea magistrale e dottorato, ricercatori post-dottorato, e ingegneri, interessati alla biomeccanica, alla collaborazione uomo-macchina, ai sistemi dinamici con ritardi temporali, alle applicazioni numeriche della teoria dei controlli ed alle tecniche sperimentali di misurazione delle vibrazioni.

DECOMPOSIZIONE DEL DOMINIO E METODI MULTIGRIGLIA PER L’ANALISI COMPUTAZIONALE DELLE STRUTTURE
21 -25 ottobre

Coordinatore:

Pierre Gosselet (Lille, Francia)

Il corso è focalizzato sulle problematiche poste dai materiali avanzati e dagli stati di stress complessi al punto da mettere in crisi i metodi tradizionali di progettazione. In molti casi, infatti, gli approcci di ottimizzazione ingegneristica non sono più sufficienti a causa della maggiore sofisticazione dei materiali e della complessità delle eventuali rotture. In tali situazioni, sono essenziali simulazioni affidabili a livello strutturale, che richiedono modelli a scala fine in grado di catturare fenomeni non lineari come plasticità e crepe. L'hardware moderno a cluster teoricamente supporta i relativi carichi computazionali, ma pochi risolutori utilizzano efficacemente i cluster, specialmente nel gestire complessità meccaniche come l'eterogeneità e la non linearità.
Il corso si concentra sui risolutori all'avanguardia per la decomposizione di domini e sui metodi multigriglia nella meccanica dei solidi, bilanciando aspetti teorici, pratici, matematici e meccanici. A tal fine, include anche presentazioni di software open-source di provata efficacia nell’implementazione di nuovi risolutori. Rivolto a studenti universitari di meccanica strutturale computazionale e di analisi numerica, il corso interessa anche gli ingegneri in cerca di soluzioni ad alte prestazioni per analisi critiche a piccola scala in settori come l'aerospaziale, l'automotive, l'ingegneria civile e le applicazioni biomediche.