Anno:periodo 5:l Lezioni, esercitazioni, laboratori:60+52+8 (ore settimanali) Docente:Giancarlo Genta
Il corsosipropone difornire agli allievile conoscenze dibase 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 diacquisire la maturità tecnica necessaria per operare in un ambientedinamicoed apertoalle innovazioni.
REQUISITI
Per frequentare il corso con profitto, lo studente deveaver appreso ed assimilato i contenuti degli insegnamenti di Meccanicarazionale,Meccanica applicata alle macchine, Scienza delle costruzioni eCostruzione di macchine. Non è tuttaviarichiesto il superamento formale del relativoesame.
PROGRAMMA
Introduzione al corso. [2 ore]
La progettazione meccanica; la figura del progettista. Calcolidi progetto e calcoli di verifica;
progettazione statica, 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).
Calcolostrutturalestatico. Metodi classici; stato di tensioneneisolidi assialsimmetrici. [12 ore]
Stato tensionaledei 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. Dischicon densità variabile con il raggio. Dischi a profilo iperbolico. Dischi a profilo qualsiasi: metodidi Grammele 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. Instabilitàelastica dei gusci cilindrici soggetti a pressione esterna.
Calcolo strutturalestatico. Metodinumerici;il metododeglielementi finiti. [IO ore]
Calcolomatriciale 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 rigidezzae dei vettori dei carichi nodali equivalenti 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. [8 ore]
7.,8.
9.
lO.,Il.
12.
Richiami suisistemiad un grado di libertà . Vibrazionilibere e forzate. Risposta in frequenza deisistemiad un gradodi libertà. Sistemismorzati;smorzamentointerno deimateriali e sua modellazione;eccitazione periodica non armonica,cenni sull'eccitazione casuale. Richiami sui sistemi a molti gradi di libertà, equazione del moto in forma lagrangiana, disaccoppiamento modale, sistemi smorzati. Risposta forzatadei sistemi a molti gradi di libertà,fattori dipartecipazionemodale. Smorzatore dinamico.
Calcolostrutturale dinamico. Dinamicadei sistemicontinuielorodiscretizzazion e. [lOore]
Generalità sui sistemicontinui. Aste e travi. TravediEulero-Bernoulli. Modidivibrare dei sistemi continui. Travedi Timoshenko. Accoppiamento flesso-torsionale,effetto delle forze assiali sulle vibrazioni f1essionali delle travi, corde vibranti. Metodi di discretizzaz ione.
Metodo delle forme moda li imposte. Modelli a parametri concentrati. Matrici di trasferim ento. Metodidi Myklestadte di Holzer. Metododeglielementi finiti. Matricedelle masse. Riduzione statica,dinam ica edi Guyan. Soluzione del problema delle vibrazio ni libere e forzate. Formula di Dunkerleye metododi Stodola. Simulazionedinamica.
Dinamica dellemacchine rotanti. (10 ore]
Vibrazioni deirotori,velocitàcritiche, campi di instabilità, diagramma diCampbell. Rotore di Jeffcott non smorzato, autocentramento. Rotore di Jeffcott con smorza mento viscoso, stabilità, diagramma di Campbell e luogo delle radici. Rotore a 4 gradi dilibertà, effetto giroscopico, rotori a molti gradi di libertà. Anisotropia del rotore e·dei supporti.
Equilibratura dei rotori,diagnostica delle macchine rotanti.
Dinamica dellemacchinealternative. [6 ore]
Sistemaequivalente. Comportamento dinamicodel sistema biella-manovella . Equazionedel moto informasemplificata. Vibrazion ilibere,velocità critiche torsionali. Vibrazioniforzate.
Smorzamentodelle vibrazioni torsiona lidegli alberi a gomiti. Cenni di meccanicadellafrattura. [2 ore]
Teoriadi Griffith, fattore di intensificazione delle tensioni, meccanica della frattura lineare elastica,crescita della cricca.
ESERCITAZIONI
l. Esercizidi riepilogo sullo stato di tensione.
2. Esercizisul calcolo di resistenza di dischi rotanti.
3. Relazione tecnica sul calcolo di un discodi uniforme resistenza.
4. Esercizi sul calcolo di resistenza di recipienti cilindrici.
5.,6. Risoluzione di problemi relativi al calcolo strutturale tramite impostazione matriciale.
Esercizi sull'analisi dinamica di sistemi a parametri concentrati.
Esercizisull'analisi dinamica medianteilmetodo degli elementi finiti.
Relazione tecnica sull'analisi dinamica di una struttura.
Esercizi sulla dinamica delle macchine rotanti.
LABORATORIO
13. Eserc.di laboratorio sull'analisi modale.
14. Eserc.di laboratorio sui controlli non distruttivi.
BIBLIOGRAFIA
G. Belingardi,Principi emetodologiedellaprogettazionemeccanica. Vol. I e 2, Levrotto &
Bella.
F.A.Raffa,Elementi fi niti gerarchici. Elementi al contorno,Levrotto& Bella.
A.Gugliotta,Introduzione alla meccanicadellafrattura lineare elastica,Levrotto& Bella.
ESAME
L'esame consistein una provascritta seguita da unaprovaorale. Per accederealla provaorale il candidato deveaver superato la prova scritta conalmeno una votazione di 18/30. La prova orale deve esseresostenuta nello stesso appello in cui è stata'superata la prova scritta. Lo studente che intende partecipare alla prova scritta dovràiscriversi alla medesima con almeno due giorni di anticipo. Non verranno ammessi alla provascritta studenti non iscritti o iscritti in ritardo. L'iscrizione deve essere effettuata utilizzando gli appositi fogli messi a disposi zione degli studenti in prossimità della bacheca del dipartimento di Meccanica, 3.
piano.
8420 O
Anno:periodo5:1 Docente:Giulio Romeo
Vicariato da: