Anno 5: Periodo: I Lezioni, esercitazioni, laboratori: 6+4(ore setlimanali) Docente: Giancarlo Genta
Il corso si propone di fornire agli allievi le conoscenze di base necessarie per la verifica ed il progetto strutturale in campo meccanico. Tale scopo viene perseguito trattando in dettaglio i metodi di calcolo e di verifica, con particolare riguardo ai metodi numerici attualmente più diffusi nella pratica professionale, senza peraltro trascurare di fornire agli allievi quelle nozioni teoriche più generali che sole permettono di acquisire la maturità tecnica necessaria per operare in un ambiente dinamico ed aperto alle innovazioni.
REQUISITI
Per frequentare il corso con profitto, lo studente deve aver appreso ed assimilato i contenuti degli insegnamenti di Meccanica razionale, Meccanica applicata alle macchine, Scienza delle costruzionie Costruzione di macchine. Non è tuttavia richiesto il superamento formale del relativo esame
PROGRAMMA
Introduzione al corso[2 ore)
La progettazione meccanica; la figura del progettista. Calcoli di progetto e calcoli di verifica;
progettazione stati ca, quasi statica, dinamica; metodi classici e metodi numerici, il calcolo automatico nella progettazione, integrazione del calcolo strutturale assistito dal calcolatore con il disegno, lo studio funzionale e la programmazione della produzione (CAE).
Calcolo strUl!urale statico. Metodi classici; stato di tensione nei solidi assialsimmetrici. [12 ore]
Stato tensionale dei rotori. Teoria dei dischi rotanti. Ipotesi di base. Equazioni di equilibrio e congruenza. Problema diretto: equazione risolvente. Dischi di spessore costante: condizioni di carico e soluzione dello stato tensionale. Dischi con densità variabile con il raggio. Dischi a profilo iperbolico. Dischi a profilo qualsiasi: metodi di Grammel e di Manson. Problema inverso: dischi di uniforme resistenza. Effetto dei fori sullo stato di tensione nei dischi rotanti. Effetto della plasticità del materiale sullo stato tensionale dei dischi rotanti.
Autoforzamento. Stato tensionale dei recipienti cilindrici a parete sottile. Recipienti cilindrici a parete spessa. Recipienti per alte pressioni.Instabilità elastica dei gusci cilindrici soggetti a pressione esterna.
Calcolo strUl!urale statico. Metodi numerici; il metodo degli elementi finiti [IO ore]
Calcolo matriciale delle strutture, caso delle barre e delle travi; assemblaggio della struttura e mappa. Vettori dei carichi nodali equivalenti a carichi distribuiti. Leggi di spostamento assegnate: funzioni di forma. Costruzione della matrice di rigidezza e dei vettori dei carichi nodaliequivalenti tramite la equazione dei lavori virtuali.
Elemento asta ed elemento trave. Formulazione di Eulero e di Timoshenko. Fenomeno del locking. Cenni sui vari tipi di elementi, elementi isoparametrici. Fenomeno del locking in generale.h-convergenza e p-convergenza: cenni sugli elementi gerarchici.
Cenni sul metodo degli elementi al contorno.
Calcolo strutturale dinamico. Riepilogo sulla dinamica dei sistemi discreti [8ore]
Richiami sui sistemi ad un grado di libertà Vibrazioni libere e forzate. Risposta in frequenza dei sistemi ad un gradò di libertà. Sistemi smorzati; smorzamento interno dei materiali e sua modellazione; eccitazione periodica non armonica, cenni sull'eccitazione casuale. Richiami sui sistemi a molti gradi di libertà, equazione del oto in forma lagrangiana, disaccoppiamento modale, sistemi smorzati. Risposta forzata dei sistemi a molti gradi di libertà, fattori di partecipazione modale. Smorzatore dinamico.
Calcolo strullurale dinamico. Dinamica dei sistemi continui e loro discretizzazione[IO ore]
Generalità sui sistemi continui. Aste e travi. Trave di Eulero-Bernoulli. Modi di vibrare dei sistemi continui. Trave di Timoshenko. Accoppiamento flesso-torsionale, effetto delle forze assiali sulle vibrazioni flessionali delle travi, corde vibranti. Metodi di discretizzazione.
Metodo delle forme modali imposte. Modelli a parametri concentrati. Matrici di tràsferimento. Metodi di Myklestadt e di Holzer. Metodo degli elementi finiti. Matrice delle masse. Riduzione statica, dinamica e di Guyan. Soluzione del problema delle vibrazioni libere e forzate. Formula di Dunkerley e metodo di Stodola. Simulazione dinamica.
Dinamica delle macchine rotanti [IO ore]
Vibrazioni dei rotori, velocità critiche, campi di instabilità, diagramma di Campbell. Rotore di Jeffcott non smorzato, autocentramento. Rotore di Jeffcott con smorzamento viscoso, stabilità, diagramma di Campbell e luogo delle radici. Rotore a 4 gradi di libertà, effetto giroscopico, rotori a molti gradi di libertà. Anisotropia del rotore e dei supporti. Equilibratura dei rotori, diagnostica delle macchine rotanti.
Dinamica delle macchine alternative[6 ore]
Sistema equivalente. Comportamento dinamico del sistema biella-manovella. Equazione del moto in forma semplificata. Vibrazioni libere, velocità critiche torsionali. Vibrazioni forzate. Smorzamento delle vibrazioni torsionali degli alberi a gomiti.
Cenni di meccanica della frattura [2 ore]
Teoria di Griffith, fattore di intensificazione delle tensioni, meccanica della frattura lineare elastica, crescita della cricca.
ESERCITAZIONI
I. Esercizi di riepilogo sullo stato di tensione.
2. Esercizi sul calcolo di resistenza di dischi rotanti.
3. Relazione tecnica sul calcolo di un disco di uniforme resistenza.
4. Esercizi sul calcolo di resistenza di recipienti cilindrici.
5. Risoluzione di problemi relativi al calcolo strutturale tramite impostazione matriciale.
6. Risoluzione di problemi relativi al calcolo strutturale tramite impostazione matriciale.
7. Esercizi sull'analisi dinamica di sistemi a parametri concentrati.
8. Esercizi sull'analisi dinamica di sistemi a parametri concentrati.
9. Esercizi sull'analisi dinamica mediante il metodo degli elementi finiti.
IO. Relazione tecnica sull'analisi dinamica di una struttura.
1 I. Relazione tecnica sull'analisi dinamica di una struttura.
12. Esercizi sulla dinamica delle macchine rotanti.
LABORATORIO
13. Esercitazione di laboratorio sull'analisi modale.
14. Esercitazione di laboratorio sui controlli non distruttivi.
BIBLIOGRAFIA
G. Belingardi, Principi e metodologie della progellazione meccanica, VoI. l, Levrotto &
Bella.
G. Genta,Principi e metodologie della progellazione meccanica,VoI. 2, Levrotto& Bella.
F. A. Raffa,Elementi finiti gerarchici. Elementi aL contorno, Levrotto & Bella.
A. Gugliotta, /nlroduzione alla meccanica delLafrallura lineare elastica,Levrotto& Bella.
ESAME
L'esame consiste in una prova scritta seguita da una prova orale.
Per accedere alla prova oraleil candidato deve aver superato la prova scritta con almeno una votazione di 18130. La prova orale deve essere sostenuta nello stesso appello in cui è stata superata la prova scritta.
Lo studente che intende partecipare alla prova scritta dovrà iscriversi alla medesima con almeno due giorni di anticipo. Non verranno ammessi alla prova scritta studenti non iscritti o iscritti in ritardo.
L'iscrizione deve essere effettuata utilizzando gli appositi fogli messi a disposizione degli studenti in prossimità della bacheca del Dipartimento di Meccanica - III piano. L'iscrizione sarà effettuata scrivendo nome, cognome e numero di matricola.