CORSI AVANZATI 2025

The Juan Carlos Lasheras session

INSTABILITÀ NELLA TURBOLENZA
Corso Avanzato CISM-EUROMECH
7 - 11 aprile

Coordinatori:

• Detlef Lohse (Twente, Paesi Bassi)
• Olga Shishkina (Gottinga, Germania)

Il corso esplora la turbolenza, fenomeno complesso e fondamentale nella fisica classica, che si manifesta in numerosi processi naturali e tecnologici, come la circolazione oceanica, i cambiamenti climatici e l'inquinamento atmosferico. L’attenzione è rivolta alle transizioni tra stati turbolenti, recentemente scoperti e strettamente legati alla non linearità delle equazioni di Navier-Stokes. Tra le transizioni analizzate, si evidenziano i cambiamenti nei flussi di Rayleigh-Bénard e von Karman-Taylor, con un focus sui processi di innesco e isteresi, oltre che sulle proprietà di trasporto nei vari stati turbolenti. L'obiettivo del corso è favorire il confronto tra le diverse comunità scientifiche coinvolte nello studio della turbolenza, promuovendo lo scambio di conoscenze su metodi teorici, numerici e sperimentali per migliorare la comprensione di questo fenomeno.

OPPORTUNITÀ E SFIDE NELLA MECCANICA COMPUTAZIONALE
10° Corso Avanzato CISM-ECCOMAS
5 - 9 maggio

Coordinatori:

• Matthias Möller (Delft, Paesi Bassi)
• Fabian Key (Vienna, Austria)

Il corso si concentra sulla Computazione Quantistica (QC), una tecnologia che sta rivoluzionando l'approccio alla meccanica computazionale, ma che presenta sfide come lo sviluppo di algoritmi quantistici o ibridi in grado di sfruttare principi come la sovrapposizione, l'entanglement e il parallelismo quantistico. Verranno esplorati i computer a porte quantistiche (analoghe alle porte elettroniche classiche ma molto più potenti dal punto di vista computazionale) e gli annealer quantistici (metodi per trovare il minimo globale tra un insieme di soluzioni), applicati a problemi complessi come ottimizzazione strutturale, imaging sismico, dinamica dei fluidi e analisi dei flussi di potenza. Il corso è rivolto a studenti, ricercatori e professionisti operanti nel campo delle scienze meccaniche e dell’ingegneria, con un approccio interdisciplinare che mira a evidenziare le opportunità e le difficoltà nell’integrare il QC nella meccanica computazionale. L’obiettivo è fornire una comprensione delle potenzialità del QC e dei suoi sviluppi futuri, preparando i partecipanti ad affrontare le sfide tecnologiche emergenti in questo campo.

FENOMENI DI CORRUGAMENTO – BASI TEORICHE, CARATTERIZZAZIONE SPERIMENTALE E MODELLI NUMERICI DEL “WRINKLING”
19 - 23 maggio

Coordinatori:

• Franz Rammerstorfer (Vienna, Austria)
• Valentina Balbi (Galway, Irlanda)

Il corso esplora il fenomeno del wrinkling (corrugamento), un fenomeno osservato in sistemi naturali come la morfogenesi dei tessuti molli e in applicazioni ingegneristiche come l'elettronica flessibile e i materiali compositi. Il wrinkling può risultare problematico, causando difetti strutturali, ma può anche essere sfruttato per scopi specifici, come la creazione di forme su superfici. Il corso offre tecniche avanzate per modellare e simulare la formazione e l’evoluzione delle corrugazioni. Verrà adottato un approccio interdisciplinare che integra teoria, simulazioni numeriche e studi sperimentali. L'obiettivo è fornire strumenti per comprendere e gestire il wrinkling, con un focus su come affrontare questi fenomeni sia in ambito biologico sia ingegneristico, evidenziando le opportunità applicative in contesti come la progettazione di nuovi materiali e dispositivi innovativi. Saranno trattati anche modelli matematici avanzati per la simulazione e la previsione del comportamento delle strutture corrugate.

​​​CORRENTI GRAVITAZIONALI NELL’AMBIENTE
28° Scuola estiva CISM-IUTAM

Coordinatori:

• Eckart Meiburg (Santa Barbara, USA)
• Benjamin Kneller (Aberdeen, Gran Bretagna)

Il corso si concentra sulle correnti gravitazionali, definite come flussi orizzontali causati da gradienti di pressione idrostatica, derivanti da variazioni di temperatura, composizione chimica o numero di particelle sospese. Questi fenomeni sono cruciali sia in natura sia in tecnologia, sono responsabili del trasporto di calore e massa negli oceani e nell'atmosfera e sono legati a eventi pericolosi come valanghe, frane ed eruzioni vulcaniche. Un esempio significativo sono le correnti torbide, che modellano il fondo oceanico e rappresentano un rischio per le infrastrutture sottomarine. Il corso esplorerà le dinamiche fisiche delle correnti gravitazionali, con un focus sulla modellazione avanzata tramite le equazioni di Navier-Stokes. Sarà inclusa anche una visita sul campo a depositi di flussi gravitazionali sottomarini. Il corso è rivolto a studenti, postdoc e ricercatori in ingegneria e geoscienze, e fornirà strumenti per comprendere e modellare le correnti gravitazionali.

INIZIO DELLA FRATTURA IN STRUTTURE COMPLESSE: “FINITE FRACTURE MECHANICS” E RELATIVI MODELLI DI FRATTURA
9 - 13 giugno

Coordinatori:

• Aurélien Doitrand (Lione, Francia)
• Vladislav Mantič (Siviglia, Spagna)

Il corso si concentra sulla Meccanica della Frattura Finita (FFM), una tecnica avanzata per modellare l'inizio delle fratture e il collasso di strutture complesse, superando i limiti della meccanica della frattura tradizionale. Infatti, la FFM integra le scale specifiche della struttura e considera cricche e difetti non come punti di debolezza del materiale ma come concentratori e modificatori dello stato di sforzo. Nel corso sono esplorate l'espansione della FFM in tre dimensioni, le non linearità dei materiali, gli aspetti dinamici e le fratture su scale micro e nano, oltre alle loro applicazioni a materiali bio-ispirati e ai modelli a transizione di fase. Il corso include esercitazioni pratiche per sviluppare competenze avanzate nella modellazione delle fratture e nelle applicazioni reali. È rivolto a studenti post-laurea, ricercatori e ingegneri interessati ad approfondire le metodologie moderne nella meccanica della frattura e a migliorare la comprensione di questi fenomeni nei materiali e nelle strutture complesse.

PROGRESSI RECENTI NELLA MODELLAZIONE MULTISCALA E MULTIFISICA DEI MATERIALI COMPLESSI
23 - 27 giugno

Coordinatori:

• Tomasz Sadowski (Lublino, Polonia)
• Patrizia Trovalusci (Polonia, Italia)

Il corso si concentrerà sui recenti progressi nella modellazione multiscala e multifisica di materiali complessi, con microstrutture che influenzano proprietà come plasticità, danni e comportamento alle fratture. Saranno analizzati materiali compositi avanzati, come metalli, polimeri e ceramiche, con un focus sulla distribuzione ottimale delle fasi rinforzanti. Si utilizzerà l'intelligenza artificiale per modellare i processi di degrado attraverso approcci basati sui dati e si studierà il comportamento di questi materiali sotto carichi statici e a fatica. Particolare attenzione sarà dedicata alla comprensione delle interazioni a livello microscopico per la previsione di comportamenti a livello macroscopico. Il corso fornirà competenze avanzate per l'analisi e la progettazione di materiali compositi, grazie anche a esercitazioni pratiche e studi di casi reali. È destinato a studenti post-laurea, ricercatori e ingegneri interessati a specializzarsi nella progettazione e nell'ottimizzazione dei materiali complessi.

MATERIALI ARCHITETTURATI E METAMATERIALI: PRINCIPI DI PROGETTAZIONE E PROPRIETÀ EFFETTIVE
30 giugno - 4 luglio

Coordinatori:

• Jean-François Ganghoffer (Metz, Francia)
• Catalin Picu (Troy,USA)

Il corso esplora i recenti progressi nella manifattura additiva (AM) che permettono la creazione di materiali "architetturati", caratterizzati da strutture complesse e multiscala a livello nano e microscopico. Questi materiali raggiungono prestazioni eccezionali grazie al design e alla topologia delle microstrutture piuttosto che alla composizione chimica di base. I metamateriali, con architetture pre-progettate, offrono proprietà straordinarie come grandi deformazioni locali e instabilità. La determinazione delle loro proprietà meccaniche e acustiche richiede l’uso di metodi di omogeneizzazione e modelli continui, come i media micromorfici, per descrivere le deformazioni microstrutturali. Il design di materiali con anisotropia controllata, ottimizzati per caratteristiche come ultra-morbidezza e rigidità, è fondamentale in settori come la biomeccanica e l'ingegneria. Il corso riunisce esperti in meccanica modellistica, computazionale e sperimentale, presentando una panoramica sui metamateriali meccanici, con focus sulle loro proprietà statiche e dinamiche, ed è adatto sia ad esperti sia a ricercatori all’inizio della carriera.

MECCANICA DELLA PROGETTAZIONE E PROGRAMMAZIONE DI ROBOT MORBIDI
7 - 11 luglio

Coordinatori:

• Joel Marthelot(Marsiglia, Francia)
• Pierre-Thomas Brun (Princeton, USA)

Il corso esplora il campo in forte sviluppo della robotica morbida, che impiega materiali deformabili per creare robot leggeri capaci di movimenti complessi e compiti delicati, come afferrare, strisciare o nuotare. Le principali sfide riguardano la comprensione di come la geometria e la struttura dei materiali morbidi influenzino il loro comportamento e come controllare tale comportamento per ottenere azioni specifiche. I temi trattati includono le basi meccaniche della progettazione e della modellazione, gli strumenti numerici di calcolo, i materiali programmabili e le proprietà emergenti nei sistemi robotici attivi. Il corso offre quindi una panoramica completa sulle tecniche per progettare e controllare questi sistemi, approfondendo le applicazioni pratiche e teoriche. È rivolto a dottorandi e postdoc, con l'obiettivo di formare esperti che possano contribuire allo sviluppo della prossima generazione di robot morbidi.

TECNICHE DI MODELLAZIONE PER LO SVILUPPO DI ORGANI ARTIFICIALI
14 - 18 luglio

Coordinatori:

• Marcus Granegger (Vienna, Austria)
• Bernhard Semlitsch(Vienna, Austria)

La domanda di organi artificiali è aumentata a causa della scarsità di donatori di organi naturali. In questo contesto, i metodi “in-silico” (simulazioni al computer) sono diventati fondamentali per progettare organi artificiali sicuri ed efficaci, prevedendo il comportamento biologico e gli effetti tossicologici. Questi approcci permettono di testare le interazioni uomo-macchina durante il processo di progettazione, individuando precocemente problemi come setticemie e trombosi. Il corso introduce tecniche numeriche avanzate per modellare i sistemi bio-fluidici e le interazioni uomo-macchina, approfondendo temi come il comportamento dei fluidi non newtoniani e i regimi di flusso turbolento. L’obiettivo è fornire strumenti per analizzare e progettare sistemi bio-ingegneristici complessi, ponendo particolare attenzione alla sicurezza e all’efficacia. Il corso è destinato a medici e ricercatori nel campo della bio-ingegneria, interessati ad approfondire le competenze numeriche e applicative nella progettazione di organi artificiali.

PARTICELLE NON SFERICHE IN FLUSSI TURBOLENTI
21 - 25 luglio

Coordinatori:

• Cristian Marchioli (Udine, Italia)
• René Van Hout (Haifa, Israele)

Il corso si concentra sull’interazione delle particelle non sferiche con flussi turbolenti, un tema di grande rilevanza in vari ambiti, come la scienza ambientale e l’ingegneria. Verranno esplorati gli approcci teorici, numerici e sperimentali più recenti per studiare la dinamica delle particelle in flussi turbolenti, con particolare attenzione a temi applicativi come la dispersione di microplastiche e la fabbricazione di materiali compositi. Il corso fornirà metodologie per modellare e simulare flussi turbolenti carichi di particelle, analizzando anche gli sviluppi sperimentali più avanzati. Saranno trattati i modelli numerici per simulazioni di grandi scale e i test sperimentali su piccoli campioni, per comprendere meglio il comportamento di queste particelle in contesti pratici. Il corso è indirizzato a ricercatori universitari e professionisti industriali che desiderano approfondire la dinamica delle particelle in flussi turbolenti e le relative applicazioni.

The Jerald LaVerne Ericksen session

MATERIALI STRUTTURALI MUTANTI – DALLA BIOLOGIA ALLA FISICA E ALL’ARCHITETTURA
1 - 5 settembre

Coordinatori:

• Peter Fratzl(Potsdam, Germania)
• Eran Sharon (Gerusalemme, Israele)

Il corso si concentra sulla trasformazione delle forme, o morphing, un fenomeno che interessa sistemi sia viventi sia non viventi, ed è chiaramente visibile nei processi naturali di crescita e adattamento. Applicabile in ingegneria, robotica e architettura, il morphing ha un grande potenziale per progettare soluzioni dinamiche e adattabili. Il corso esplora la meccanica dei materiali mutanti, analizzando le loro applicazioni nell'ambiente costruito, con un focus su come innovare materiali strutturali che cambiano forma o sviluppano tensioni interne per migliorare la funzionalità. Si trattano i metodi per prevedere e indurre modifiche di forma, come gonfiaggio, restringimento tramite aria, acqua o escursioni termiche, e le potenzialità del morphing per l'auto-assemblaggio e smontaggio di strutture. Il corso è destinato a chi desidera acquisire competenze per contribuire a questo campo emergente nel design di materiali e strutture adattabili.

APPROCCI LAGRANGIANI AI FLUSSI MULTIFISICI BIFASE
8 - 12 settembre

Coordinatori:

• Jacek Pozorski (Danzica, Polonia)
• Alfredo Soldati (vienna, Austria)

Il corso si concentra sui flussi multifase, fenomeni complessi che si verificano in vari contesti naturali e industriali, come nei sistemi atmosferici, marini e nelle applicazioni tecnologiche. Questi flussi combinano dinamica dei fluidi, turbolenza, microfluidica, trasporto di particelle, trasferimento di calore e reazioni chimiche, sviluppandosi su una vasta gamma di scale spaziali e temporali. Verranno esplorate tecniche lagrangiane per analizzare la turbolenza carica di particelle, con applicazioni pratiche su tecniche come la Velocimetria a Immagine di Particelle (PIV) e la Velocimetria a Tracciamento di Particelle (PTV). Inoltre, saranno trattati argomenti come la fisica delle particelle, la dispersione, la rottura degli aggregati e i metodi avanzati di modellazione per flussi multifase turbolenti, inclusi approcci numerici come DNS, LES, RANS e modelli PDF. Il corso è destinato a chi desidera approfondire la natura multifisica di questi flussi e i metodi avanzati per studiarli.

PROGRESSSI DELL’ENERGIA EOLICA NELL’EPOCA DELL’INTELLIGENZA ARTIFICIALE
15 - 19 settembre

Coordinatori:

• Charalampos Baniotopoulos (Birmingham, Gran Bretagna)
• Enzo Marino (Firenze, Italia)

Il corso affronta le sfide globali legate al cambiamento climatico e alla transizione verso la neutralità climatica, con un focus sull'energia eolica offshore, cruciale per raggiungere gli obiettivi di zero emissioni di gas serra in Europa entro il 2050. Esplorando l'uso dell'intelligenza artificiale (IA), con tecniche quali big data, Digital Twin, Machine Learning e Reti Neurali, il corso illustra come questi nuovi approcci siano essenziali per ottimizzare e gestire i sistemi energetici eolici. Tra gli argomenti trattati vi sono le installazioni offshore, l'utilizzo del LiDAR per la previsione del potenziale eolico, e l'applicazione del Machine Learning per migliorare il design e la manutenzione dei convertitori di energia eolica. Inoltre, si approfondiranno tecniche per la previsione in tempo reale delle prestazioni dei sistemi eolici e la valutazione della sostenibilità di tecnologie come le isole energetiche modulari. Il corso è rivolto a dottorandi, ricercatori post-doc e ingegneri che lavorano su progetti energetici basati sui dati, fornendo gli strumenti per applicare le innovazioni recenti nel settore.

PRODUZIONE ADDITIVA DI METALLI: FONDAMENTI, MODELLAZIONE, MATERIALI E IMPLEMENTAZIONE
Corso Avanzato CISM-EUROMECH
22 - 26 settembre

Coordinatori:

• A. John Hart (Cambridge, MA, USA)
• Christoph Meier (Monaco, Germania )

Il corso si concentra sulla produzione additiva (AM) dei metalli, esplorandone la flessibilità e le opportunità offerte in termini di progettazione e controllo delle proprietà meccaniche. Vengono analizzati i processi fondamentali come la fusione a letto di polvere (PBF), la deposizione di energia diretta (DED) e il jetting di leganti e materiali, affrontando anche problematiche comuni come stress residui, porosità e deformazioni. Si discute del monitoraggio e controllo dei processi AM, con tecniche come la tomografia a raggi X e il controllo della geometria. Il corso include anche i fondamenti di scienza dei materiali, come la termodinamica, la formazione delle fasi e la relazione tra processo, microstruttura e proprietà. Inoltre, vengono presentate tecniche avanzate di modellazione e simulazione per prevedere stress residui e deformazioni su scala componente. Partendo da concetti di base, il corso progredisce verso argomenti avanzati, ed è rivolto principalmente a dottorandi, ricercatori in ingegneria meccanica, scienze dei materiali e fisica, interessati alle applicazioni industriali avanzate nell’AM dei metalli.

MACHINE LEARNING PER LA MECCANICA DEI SOLIDI
11° Corso Avanzato CISM-AIMETA
29 settembre - 3 ottobre

Coordinatori:

• Kaushik Bhattacharya (Pasadena, USA)
• Antonio De Simone (Pisa, Italia)

I recenti progressi nell'intelligenza artificiale hanno introdotto potenti strumenti per risolvere problemi di ottimizzazione complessi e ad alta dimensione, consentendo di scoprire correlazioni in grandi set di dati ed estrarre schemi da simulazioni o misurazioni di fenomeni fisici. Nella meccanica dei solidi, le applicazioni del machine learning spaziano dall'identificazione delle equazioni costitutive a partire da dati temporali, alla regolarizzazione di problemi inversi mal posti, fino alla scoperta automatica di modelli a ordine ridotto per sistemi multifisici. Il corso fornirà un'introduzione ai fondamenti matematici del machine learning, esplorando le sue applicazioni nella meccanica dei solidi non lineare. Studi di caso specifici dall'ingegneria dimostreranno come il machine learning possa scoprire strutture e simmetrie nascoste nei problemi di meccanica dei solidi. Attraverso lezioni tenute da esperti nei diversi settori verranno trattate le reti neurali, le varietà invarianti, l’apprendimento dai dati sperimentali e le rispettive connessioni con i metodi numerici.

MECCANICA BASATA SULLE IMMAGINI: UNA PANORAMICA SU APPROCCI SPERIMENTALI E NUMERICI
6 - 10 ottobre

Coordinatori:

• Julien Réthoré(Nantes, Francia)
• José Xavier (Caparica, Portogallo)

Il corso offre una panoramica approfondita sui recenti progressi nella meccanica basata sulle immagini, focalizzandosi sull'acquisizione, l'analisi e l'applicazione delle immagini per comprendere i comportamenti meccanici. Si esplorano temi come la misurazione degli spostamenti, l'analisi delle microstrutture e tecniche avanzate come la correlazione digitale delle immagini (DIC), l'analisi spettrale localizzata (LSA) e il flusso ottico (OF). Inoltre, vengono trattati vari metodi di elaborazione delle immagini, dalla morfologia matematica alla segmentazione con apprendimento automatico, e si discute su come correggere i bias (errori sistematici) di campionamento e come migliorare l'accuratezza delle simulazioni. Il corso esplorerà anche tecniche avanzate di identificazione e metodi non parametrici basati sui dati, con particolare attenzione all'implementazione di modelli computazionali. L'incertezza e la robustezza delle tecniche saranno trattate come aspetti chiave per garantire risultati affidabili. L'obiettivo è fornire gli strumenti necessari per sfruttare in modo efficace e preciso la meccanica basata sulle immagini.

LA DINAMICA DEL ROTOLAMENTO E DELL’EQUILIBRIO NEI VEICOLI PER LA MICROMOBILITÀ
13 - 17 ottobre

Coordinatori:

• Gabor Orosz(Ann Arbor, USA)
• Denes Takacs (Budapest, Ungheria)

Il corso esplora la dinamica e il controllo dei veicoli per la micromobilità, come monopattini elettrici, biciclette, skateboard e monocicli, strumenti sempre più importanti nella mobilità urbana. Viene analizzata la meccanica di base dei veicoli elettrici e l'impatto del controllo umano sulla loro stabilità, in particolare a basse e alte velocità. Si approfondiscono i principi teorici legati ai sistemi non olonomi (cioè non soggetti solo a vincoli di posizione ma anche, ad esempio, al comportamento del conducente), con uno studio della dinamica dei veicoli come il monociclo elettrico e delle relative sollecitazioni periodiche. Il corso si concentra anche sulla modellazione del conducente e sull'effetto delle forze di contatto sulla stabilità dei veicoli, con particolare attenzione alla stabilizzazione in frenata e alle tecniche di controllo come l'ABS. Vengono trattate anche le tecniche avanzate di controllo per lo sviluppo di veicoli a pista singola (ovvero monocicli o bicicli) automatizzati, includendo esperimenti pratici sulle biciclette per migliorare la sicurezza e le prestazioni del più diffuso veicolo di micromobilità.

METODI EMERGENTI DI DISCRETIZZAZIONE NELLA MECCANICA DEI SOLIDI
20 - 24 ottobre

Coordinatori:

• Peter Wriggers (Hannover, Germania)
• Jörg Schröder (Essen, Germania)

Il corso fornisce una panoramica dei metodi numerici utilizzati nell'analisi della meccanica dei solidi, esplorando sia gli aspetti teorici sia le applicazioni pratiche di tecniche avanzate. Tra i temi trattati vi sono i metodi di Boltzmann su reticolo (LBM), inizialmente sviluppati per i fluidi e successivamente applicati alla meccanica dei solidi, e il metodo agli Elementi Finiti per Minimi Quadrati (LSFEM), che approfondisce formulazioni teoriche e algoritmi pratici. Il corso include anche l'analisi dei metodi agli Elementi Finiti Misti, delle tecniche degli Elementi Virtuali (VEM) per geometrie complesse e materiali eterogenei, e applicazioni elettro-magneto-meccaniche, come nella robotica morbida. Un focus particolare viene dedicato all'apprendimento automatico (ML) per ottimizzare i costi computazionali e migliorare la precisione nei problemi di meccanica dei solidi, oltre all'automazione delle tecniche di discretizzazione per fenomeni complessi. Il corso è destinato a dottorandi e ricercatori post-doc, fornendo le competenze necessarie per affrontare le sfide della ricerca e delle applicazioni ingegneristiche più avanzate.