Anno:periodo5:1 Lezioni,esercitaz ioni, laboratori: 6+4 (ore settimanali) Docente:Giancarlo Genta
Ilcorso siproponedifornireagliallievi le conoscenze dibasenecessarie perlaverifica edilprogetto strutturalein campo meccanico. Tale scopo vieneperseguitotrattando in dettaglioi metodi di calcolo edi verifica,con particolare riguard o ai metodinumerici attualmente più diffusi nella pratica professionale , senza peraltro trascurare di fornire agli allievi quelle nozioni teoriche più generali che sole permetton o di acquisire la matur ità tecnica necessariaperoperarein un ambiente dinamico ed aperto alle innova-zioni.
REQUISITI
Per frequentareil corso con profitto, lo studente deve aver appreso ed assimilato i con-tenutidegliinsegnamenti di Meccanicarazionale,Meccanica app licata allemacchine, Scienza delle costruzioni eCostruzione di macchine. Non è tuttaviarichiesto il supe-ramento formale del relativo esame
PROGRAMMA
- Introduzione al corso. [2 ore]
La progettazione meccanica; la figura del progetti sta. Calcolidi progetto e calcoli di verifica; progettazione statica, quasi statica, dinamica;metodi classici e metodi nume-rici,il calcolo automatico nella progettazione,integrazione del calcolo strutturale assi-stito dal calcolatore con il disegno, lo studio funzionale e la programmazione della produzione (CAE).
- Calcolo strutturale statico. Metodi classici; stato di tensione nei solidi assial-simmetrici. [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 pres-sioni. Instabilitàelastica dei gusci cilindrici soggetti a pressione esterna.
- Calcolostrutturale statico. Metodi numerici;ilmetodo deglielementi finiti. [lO ore]
Calcolo matriciale delle strutture, caso delle barre e delle travi; assemblaggio della struttura e mappa. Vettori dei carichi nodali equivalenti a carichi distribuit i. Leggi di .spostamento assegnate: funzioni diforma. Costruzione della matrice dirigidezza e dei vettori dei carichi nodali equivalenti tramit ela equazione deilavori virtuali. Elemento asta ed elemento trave. Formulazione di Eulero e di Timoshenko. Fenomeno del
locking. Cenni suivari tipidi elementi, elementi isoparametrici. Fenomenodellocking in generale. H-convergenza ep-convergenza: cenni sugli elementi gerarchici. Cenni sul metodo degli elementi al contorno.
- Calcolostrutturale dinamico. Riepilogo sulla dinamica dei sistemi discreti. [8 ore]
Richiami sui sistemi ad un grado di libertà. Vibrazioni libere e forzate. Risposta in frequenza dei sistemiad un grado 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 moto in forma lagrangiana,disaccoppiamento modale,sistemi smorzati. Risposta forzata dei sistemi a molti gradi di libertà,fattori di partecipazionemodale. Smorzatore dinamic o.
- Calcolostrutturale dinamico. Dinamicadei sistemi continuie lorodiscretizzazione.
[10 ore]
Generalità sui sistemi continui. Aste e travi. Trave di Eulero-Bernoulli. Modi di vibrare dei sistemicontinui. 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 concen -trati. Matrici di trasferimento. Metodi di Myklestadt e di Holzer. Metodo degli ele-menti finiti. Matrice delle masse. Riduzione statica, dinamica e diGuyan. Soluzione del problema delle vibrazioni libere e forzate. Formula di Dunkerley e metodo di Stodola. Simulazione dinamica.
r: Dinamica delle macchinerotanti. [10 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 macchinealternative. [6 ore]
Sistema equivalente. Comportamento dinamico del sistema biella-manovella. Equa-zione 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
Esercizi di riepilogo sullo stato di tensione.
Esercizi sul calcolo di resistenza di dischi rotanti.
Relazione tecnica sul cajcolodi un disco di uniforme resistenza.
Esercizi sul calcolo di resistenza di recipienti cilindrici.
Risoluzione di problemi relativi al calcolo strutturale tramite impostazione matriciale.
Esercizi sull'analisi dinamica di sistemi a parametri concentrati.
Esercizi sull'analisi dinamica mediante il metodo degli elementi finiti.
Relazione tecnica sull'analisi dinamica di una struttura. Esercizi sulla dinamica delle macchine rotanti.
LABORATORIO
13. Eserc.dilaboratorio sull'analisi modale.
14. Eserc.dilaboratoriosuicontrolli nondistruttivi.
BIBLIOGRAFIA
G. Belingardi, Principi e metodologie della progettazione meccanica. VoI. 1 e 2, Levrotto & Bella.
F.A. Raffa,Elementifinitigerarchici. Elementi al contorno,Levrotto & Bella.
A. Gugliotta, Introduzione alla meccanica della frattura lineare elastica,Levrotto &
Bella.
ESAME
L'esame consiste in una prova scritta seguita da una prova orale. Per accedere alla prova orale il candidato deve aver superato la prova scritta con almeno una votazione di18/30.
La prova orale deve essere sostenuta nello stesso appello in cuièstata superata la prova scritta. Lo studente che intende partecipare alla prova scritta dovrà iscriversi alla medesima con almeno due giorni di anticipo. Non verranno ammessialla 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, 3. piano.