Anno: 4 Periodo: 2
Lezioni, esercitazioni, laboratori: 4+2+2 (ore sellimanali) Docente: Luigi Preziosi
Il corso ha come finalità principale quella di contribuire ad una solida formazione culturale nel campo della meccanica teorica, fornendo quelle metodologie fisico-matematiche utili per la modellizzazione e lo studio di sistemi meccanici.
Le conoscenze acquisite vengono applicate dagli studenti allo studio di specifici problemi meccanici concordati con la Direzione Veicoli del "Centro Ricerche FIAT"
sviluppandone il modello matematico di simulazione che verrà implementato e vali dato con l'ausilio di opportuni metodi matematici, dati sperimentali e programmi di calcolo con sol idati.
Il corso stesso si avvale della collaborazione diretta della Direzione Veicoli del
"Centro Ricerche FIAT" che oltre a contribuire con una testimonianza aziendale in aula collaborerà alla definizione ed allo svolgimento degli elaborati finali.
REQUISITI
Analisi Matematica l e 2
PROGRAMMA
- Modelli Continui [16 ore]
Il ciclo della modellizzazione - Modelli discreti e modelli continui - Richiami di cinematica e meccanica dei continui - Equazioni costitutive di tipo differenziale - Modelli mollaammòrtizzatore in meccanica dei solidi e dei fluidi Equazioni costitutive di tipo integrale Equazioni costitutive nonlineari Classificazione delle equazioni alle derivate parziali -Caratteristiche - Problemi ai valori iniziali ed al contorno - Teoria dei sistemi continui a più componenti - Modellizzazione del comportamento di materiali compositi - Modellizzazione dei processi di fabbricazione dei materiali compositi - Modellizzazione delle cartilagini articolari e di tessuti organici.
Vibrazioni Meccaniche Nonlineari[16 ore]
Vibrazioni longitudinali, torsionali e flessionali delle travi - Vibrazione di membrane e piastre -Richiami di meccanica analitica - Molle ed ammortizzatori nonlineari - Molle con arresto e con gioco - Modelli nonlineari di sospensioni automobilistiche - Eccitazione per spostamento di vincolo - Isolamento dalle vibrazioni - Ammortizzatori di Den-Hartog e di Lanchester - Modellizzazione di un'autovettura su strada - Metodi perturbati vi per sistemi nonlineari Equazioni di Lienard.
- Stabilità e Biforcazione [12 ore]
Configurazioni di equilibrio Concetto di stabilità Stabilità lineare Stabilità nonlineare -Applicazione a sistemi meccanici governati dalle equazioni di Lienard, di Duffing e di Mathieu - Diagrammi di biforcazione - Biforcazione a forchetta, supercritica e subcritica - Turning points e cicli di isteresi - Sistemi meccanici con isteresi - Biforcazione con rottura della simmetria -Cusp catastrophe -Modellizzazione della biomeccanica del cuore.
Cicli Limite [12 ore]
Esistenza di cicli limite -' Cicli generati da frizione Coulombiana - Cicli in sistemi eccitati impulsivamente - Biforcazione alla Hopf - Stabilità di cicli limite - Generazionesoft ed hard di cicli limite - Sistemi meccanici e biomeccanici con biforcazione alla Hopf: propagazione di segnali nervosi, fine galloping,jfutter instabifit)' - Sistemi riconducibili alle equazioni di Van der Poi e di Mathieu - Stabilizzazione di sistemi auto-eccitati - Problema del wheel shimm)' Transizione al caos Diagrammi stroboscopici e di Poincarè Attrattore di Lorentz -Equazione di Duffing e di Van der PoI con forzante periodica.
ESERCITAZIONI
El. Problemi di Interpolazione e Approssimazione [2 ore+2 ore LAIB]
Interpolazione polinomiale - Interpolazione con splines - Approssimazione di dati.
E2. Metodi per l'Integrazione di Modelli Discreti [4 ore+4 ore LAIB]
Runge-Kutta - Runge-Kutta-Felberg -Predictor-corrector - Problemi stiff.
E3. Programmi Scientifici per Modelli Continui [6 ore+6 ore LAIB]
Metodi espliciti e metodi impliciti - Differenze finite - Metodi di collocazione - Metodi pseudo-spettrali - Problemi inversi.
E4. Strumenti di Calcolo [2 ore+2 ore LAIB]
Librerie di calcolo scientifico: NAG, IMSL, etc. - Utilizzo della rete informatica.
ES. Elaborazione Tesina [8 ore+12 ore LAIB]
BIBLIOGRAFIA
S. Nocilla, "Lezioni di Meccanica Superiore per /ngegnerì', Levrotto e Bella, (1996).
N. Bellomo e L. Preziosi, "Modelling, Mathematical MetflOds and Scientific Computing", CRC Press (1995).
Fotocopie di articoli inerenti i modelli da sviluppare e studiare nella parte esercitativa in aula e nella tesina verranno distribuite durante il corso.
ESAME
Si richiederà agli studenti come parte sostanziale dell'esame finale la compilazione di una tesina di carattere applicativo che usi le metodologie esposte nel corso allo sviluppo ed allo studio di modelli specifici.
Il programma di esercitazioni in aula verrà, quindi, ulteriormente sviluppato a seconda degli indirizzi e degli interessi specifici degli studenti frequentanti.
P3410 Meccatronica
Anno: 4 Periodo:2 Lezioni, esercitazioni, laboratori: 4+2+2 (ore settimanali) Docente: Massimo Sorli (collab.: Giuseppe Quaglia, Giuliana Mattiazzo, Walter Franco, Stefano Mauro)
Il corso affronta le problematiche riguardanti i dispositivi misti meccanici - elettronici presenti nell'automazione industriale e presenta alcune applicazioni caratteristiche al riguardo. Vengono in particolare analizzati i componenti di sensorizzazione, sia descrivendo le tipologie costruttive e funzionali degli strumenti atti al rilievo delle tipiche grandezze fisiche e meccaniche, sia i componenti di interfaccia e di regolazione della potenza, considerando tipiche attuazioni elettriche, pneumatiche ed idrauliche. In particolare vengono descritte le prestazioni dei componenti proporzionali pneumatici sia di tipo digitale sia di tipo continuo (valvole proporzionali e servova!vole). Vengono infine analizzati tipici schemi di sistemi di controllo della posizione, della velocità, della forza in servosistemi pneumatici.
REQUISITI
Meccanica applicata alle macchine. Controlli automatici+ Elettronica applicata.
PROGRAMMA
Definizione di sistema meccatronico. Componenti costituenti un sistema meccatronico:
attuazione, sensorizzazione, interfacciamento, controllo. Specifiche di progetto e carat-teristiche funzionali. Cenni su differenti tipologie di attuazione: elettrica, oleoidraulica e pneumatica. Trasmettitore e interfaccia. [6 ore]
Scopo, funzione e requisiti dei trasduttori utilizzati nei sistemi meccanici automatizzati.
Struttura funzionale. Caratteristiche statiche: sensibilità, linearità, risoluzione, isteresi.
[4 ore]
Caratteristiche dinamiche: modellazione di un trasduttore come sistema continuo.
Modello di un sistema meccanico. Richiami di funzioni di trasferimento e spazio degli stati. Esempi. Sistemi di ordine O, I, 2. Identificazione del sistema nel dominio del tempo e in frequenza. Criteri di scelta dei sensori per macchine automatiche. [6 ore]
Principi di trasduzione. Trasduttori meccanici, pneumatici, elettrici, ottici, sonici. Tra-sduttori resisti vi, capacitivi, induttivi, laser, effetto Hall, piezoelettrici. [8 ore]
Trasduttori digitali: encodere riga ottica. [4 ore]
Tipologie costruttive di sensori per il rilievo delle grandezze meccaniche: prossimità, spostamento, velocità, forza, coppia, pressione. [4 ore]
Scopo, funzione e requisiti dei dispositivi di interfaccia nell'attuazione a fluido (oleodinamica e pneumatica). Valvole continue e digitali. Valvole proporzionali e ser-vova!vole. Tipologie costruttive. [4 ore]
Blocchi funzionali di valvole proporzionali: regolazione, comando, attuazione. Valvole proporzionali in pressione e in portata. Caratteristiche funzionali, ambientali, elettriche, dimensionali, gradi di protezione, caratteristiche statiche e dinamiche. [4 ore]
Criteri di scelta e di dimensionamento di interfacce in servosistemi a fluido. Modellazione di valvole proporzionàli. Applicazioni di sistemi meccatronici con attuazione a fluido.
Controlli di forza, di posizione, di pressione. [6 ore]
Effetto dei disturbi e metodi per eliminarne gli effetti. [4 ore]
Applicazioni delle tecniche di controllo analogico e digitale nei sistemi meccatronici.
Problematiche di acquisizione di segnali analogici, di conversione A/D e D/A e di comunicazione digitale. [4 ore]
Esempi di applicazioni industriali di sistemi meccatronici. [2 ore]
ESERCITAZIONI
È previsto lo sviluppo di esercitazioni In supporto agli argomenti sviluppati a lezione. Gli studenti sono suddivisi in squadre, che si alternano nello svolgimento delle esercitazioni sperimentali e numeriche in 13 pomeriggi. All'esame finale viene presentata da ogni coppia di studenti una relazione sulle attività svolte nelle esercitazioni, in cui sono riportati gli obiettivi, le metodologie, le principali caratteristiche dei componenti usati, i risultati sperimentali acquisiti, i modelli MATLAB, i risultati numerici.
Esercitazioni sperimentali:
Vengono analizzati e valutati sia singoli componenti di trasduzione, sia sistemi completi di controllo. Nello svolgimento pratico delle esercitazioni sono acquisiti i segnali derivanti dalle prove condotte. Temi: sensore di forza a sei assi di misura, sensori di posizione resistivi e LVDT, sensori di pressione e di forza, dispositivo di controllo pressione in serbatoio, attuatore pneumatico con controllo di posizione, sistema di montaggio e identificazione.
Esercitazioni numeriche:
Sono svolte presso il LAIB. Nelle prime esercitazioni viene richiamato il linguaggio MATLAB e vengono modellizzati e simulati tipici comportamenti di sistemi meccanici.
Vengono nelle esercitazioni successive modellizzati i sistemi provati durante le esercitazioni sperimentali, ne viene simulato il funzionamento e vengono confrontati i rilievi sperimentali e numerici.
BIBLIOGRAFIA
Sorli M., QuagliaG.:"Applicazioni di Meccatronica", CLUT Editrice Torino, aprile 1996.
Jacazio G., Piombo B.:"Meccallica Applicata alle Macchine - vol.I11 "Regolazione e servomeccanismi", Levrotto & Bella, Torino, 1994.
E.O.Doebelin "Measurement s)'slems" McGraw Hill Documentazione fornita dal docente.
ESAME
L'esame viene svolto in forma orale sui contenuti del programma delle lezioni e delle esercitazioni. Viene dato un peso significativo ai contenuti della relazione sulle esercitazioni condotte e alla discussione degli stessi.