Anno:4,5 Impegno(ore sett.) Docente:
Periodo:1
lezione: 4 esercitazione:2 laboratorio:2 Pasquale Mario CALDERALE(collab.:Ing.G. CHIANDU551)
PRESENTAZIONE DEL CORSO
L'in trod uz ione dei mezzi informatici nella meccanica ha consentito di prendere in considera zio-ne!'interazione fra gli elementi delle macchine, studiando in tal modosistemimeccanici sem-prepiù complessied ha permessodi modellare lestruttu re meccaniche senzaricorrerea drasti-che semplificazioni . Questa possibilità ha modificatosostanzialm entela progettazione meccani-ca,trasformando completamente sia il modo di progettare sia l'organizzazioneed il modo di operare degli uffici tecnici. Il corso tratta i fondamenti e l'applicazione deimetodi non conven-zionali di progettazione di prodotto e di processo.In particolare vengonotrattatiimetodi di discreti zzazioneagli elementifiniti perl'analisi delle sollecitazioni in campostatico e dinamico disistemi meccanici anche complessi. Viene analizzata !'integrazione tra progettazione di pro-dottoe di processo in modo tale da interconnettere in modo logico il percorso completo che part e dalla fase di ideazione e giunge fino alla fase di costruzione.
REQUISITI
Scienz a delle costruzioni, Costruzione di macchine, Principi e metodologie della progettazione meccani ca.
PROGRAM MA
Gliargomenti indicati nel seguito coprono un numero di ore largamente superiore a quelle pre-viste a calendario; il corsoinfatti ha strutturazione flessibile e non si prefigge una trattazione esaustiva, piuttostoviene privilegiata la discussioneeil collegamentotra argomenti diversi. La parte di materia obbligatoria per tutti gli studenti iscritti al corso viene svolta nelnu mero di ore previste a calendario e può essere in parteassimilata durante le ore di frequenza.A questa primaparte se ne affianca una seconda facoltativae più impegnativa,rivolta agli studenti che desideranoesplorare le frontiere innovative della pratica della progettazione di sistema.
Quest'ultima può essere dedicata allo studio comune di altri argomenti, se nessuno sceglie argomentiindividuali, ovvero allo studio della parte facoltativapersonalizzata.
LA PROGETTAZIONE MECCANICA.
Inquadramentodell'evoluzionedel pensiero filosofico e delle metodologie di ricerca scien-tifica e tecnologica.Principi, evoluzionee nuove metodologie di progettazione.
Progettazione delle macchine come sistema. Organizzazionee gestione della progettazione.
Cenni di analisi del valore applicata alla progettazione. Progettazione e responsabilità di prodotto.
Ingegneria Simultanea:integrazione tra progettazione di prodotto e di processo.Design for manufacturing.design farassemblyand disassembly,design[or environment(dall'ideadel pro-dotto all'eliminazione ecologica deirottami).
Progettazionesistematica e metodi di creatività nella progettazione.
METODI DI PROGETTAZIONE.
Progettazione a resistenzae a rigidezza.Rigidezza strutturale: casi statico e dinamico.
Analisi del danno strutturale:richiami di fatica e frattura, con riferimento ai problemi di progettazione e sperimentazionedei sistemi meccanici.
Progettazione affidabilistica. Progettazionifail-safee safe life.Design of experiments come ausilio alla progettazione.
Analisi del contatto fra superfici e identificazione dei meccanismi di usura.Design against wear.
Calcolo strutturale mediante metodi di discretizzazione FEM e BEM.
Metodologie di ottimizzazione topologica e di forma.
Progettazione con materiali plastici e compositi. Elementi di viscoelasticità, con particolare riferimento all' analisi delle strutture in materiale plastico.
Progettazione delle carrozzerie autoveicolistiche e delle strutture in parete sottile in generale.
Interazione uomo veicolo:human[actors,effetto di vibrazioni e di urti.
Termoelasticità: concetti fondamentali, problemi di scambio termico, condizioni al contor-no, equazioni fondamentali della termoelasticità.
Progettazione di sistemi microelettromeccanici. Sistemi microoptomeccanici, microrobotica e micromanipolazione.Meccanica dei sensori e degli attuatori.Tecniche di microfabbrica-zione(Surface Micromachining,LLGA, Microstereolitografia).
Metodologie dell'intelligenza artificiale. Sistemi esperti.Basi di conoscenza, meccanismi inferenziali, euristica.
Requisiti essenziali di sicurezza e di salute relativi alla progettazione ed alla costruzione delle macchine.Richiami normativi.
METODI SPERIMENTALI DI SUPPORTOALLAPROGETTAZIONE.
Estensimetria elettrica.
Fotoelasticità: teoria, interpretazione dei dati fotoelastici.
Rilievi di oscillazioni torsionali mediante estensimetri e torsiografi.
Controlli non distruttivi.
Analisi sperimentale delle tensioni mediante effetto termoelastico.Teoria e interpretazione dei dati termografici.
Analisi di sistemi dinamici.Analisi vibrazionale e modale.
Acquisizione ed elaborazione dei dati.
Analisi dell'immagine.
APPLICAZIONI.
Esempi di applicazione della termoelasticità: frizione,freno (tamburo e disco), contenitori in pressione cerchiati, turbopompe (imbocco girante).
Metodi di progettazione dell'autoveicolo:metodi di discretizzazione.
Verifiche ad urto dall'autoveicolo. Problemi di analisi acustica e di instabilità.
Progetto di strumenti musicali, analisi vibrazionali ed acustiche.
Problemi dinamici del gruppo motopropulsore.Vibrazioni degli alberi motore:vibrazioni torsionali, assiali, flessionali, accoppiate. Cenni sugli smorzatori dinamici di vibrazione.
Metodi classici e di discretizzazione.
Analisi di sistemi dinamici non lineari:ammortizzatori per veicoli, articolazioni meccani-che.
ESEMPI.
Esempio di progettazione del sistema meccanico "motore": interazione fra albero e basa-mento.
Esempio di calcolo a resistenza e a rigidezza:caso delle funi metalliche.
LABORA TORIE/O ESERCITAZIONI Fotoelasticità.
Estensimetria.
Misura dello smorzamento.
Resistenza a fatica delle funi.
Con trolli non distruttivi.
Analisi modale.
Ese rcitaz io ni guidate con utilizzo delso ftw are agli elementi finitiM5CNA 5TRAN.
Strutture monodimensionali,bidimensionali e tridimensionali,analisi stati caedinamica e studio dell'instabilità
Dimostrazione su sistem i di calcolodi grande capacità delle correntiapplicazioni delle metodologiedi progettazione perla realizzazionedel mock-upvirtuale (CATIA),per la rea-lizzazione di modelli CAD parametrici(Pro-Engineer), per lostu d io del comfort (ergono-mia, acustica), per la simulazion edei processiproduttivi presso importanti realtà industria-li(Centro Ricerche Fiat. Fiat Auto,.. .).
Svolgimento di una tesina facoltativa che potrà essere scelta (individualmenteo in coppia) tra gli argomenti propostio eventualmentetra argomentiemergenti (e quindi non pro-grammabili) da svolgersi in sede o presso enti esterni.
BIBLIOGRAFIA
JI Volumidella Collana diprogettazione dellemacchine, Levrotto&Bella.
Dispense distribuite durante il corso.
ESAM E
Prove scritte period iche durantel'annoriguardanti la partecomune.
Valutazionedella eventualepartefacoltativa(oraleo relazionescritta).
Valutazionedel livello di partecipazione e di interazione duranteilcorso. Valutazionefinaleorale.
P4600
SCIENZA DELLE COSTRUZIONIAlberto CARPINTERI(Dipartimento di Ingegneria Strutturale)
PRESENTAZIONE DEL CORSO
Scopo del corso èquello di introdurre lameccanica dei solidielastici linearicon le equazioni di equilibrio, di congruenza e di legame costitutivo. Tali relazioni vengono dedotte nel caso dei solidi tridimensionali (corpi tozzi), bidimensionali (lastre o piastre) e unidimensionali (travi) e quindi unificati in una formulazione del tutto generale, utile soprattutto per le applicazioni numeriche.
Viene trattata poi la teoria dei sistemi di traoi,sotto il duplice aspetto statico e cinematico.
L'equilibrio delle strutture isostaticheèinterpretato sia sul piano algebrico che su quello grafico ed in tale contesto vengono definite le caratteristiche interne della sollecitazione. La soluzione delle strutture iperstatiche viene proposta in linea generale applicando sia il metodo delle forze (o della congruenza) che quello degli spostamenti (o dell'equilibrio). Quest'ultimo si rivela par-ticolarmente utile per eseguire in maniera automatica il calcolo dei sistemi a molti gradi di iper-staticità.
Vengono analizzati quindi in particolare i telai a nodi fissi e i telai a nodi spostabili con due metodi alternativi: il cosiddetto "metodo dei telai piani" (secondo il quale si svincola la struttu-ra introducendo cerniere in tutti i nodi-incastro),e il Principio dei Lavori Virtuali.
Vengono infine descritti ifenomeni di collassopiù frequenti nell'ingegneria strutturale: lo svergo-lamento, lo snervamento e la frattura fragile.
II corso comprenderà lezioni ed esercitazioni.
The mechanics of Iinear elastic soIids (beams, plates, shells, three-dimensionalbodies) is stu-died adopting a matrix approach, which is particularly useful for numerical applications. The kinernatic, static and constitutive equatìons, once composed, provide an operator equation which has as its unknown the generalized displacement vector. Moreover, constant reference is made to duality, Le. to the strict correspondence between statics and kinematics that emerges as soon as the corresponding operators are rendered explicìt, and it is at once seen how each of these is the adjoint of the other.
The theory of beam sistems ( statically determinate, statically indeterminate and hypostatic) is then presented, with the solution of numerous examples and the plotting of the corresponding diagrams ofaxial force, shearing force and bending moment, obtained both analytically and graphically. For the examination of framed structures, approached on the basis of the method of displacements, automatic computation procedures, normally involving the use of computers, are introduced in both the static and the dynamic regime.
Finally, the more frequentIy occurringphenomena of structural[ailureare studied: instabiIity of elastic equilibrium, plastic collapse and brittle fracture.
REQUISITI
Nozioni propedeutiche: Analisi MatematicaIe II, FisicaI,Meccanica Razionale.
PROGRAMMA
MECCANICA DELLE STRUTTURE 1. Geometria delle aree
2. Determinazione delle reazioni vincolari 168
3.Diagrammi delle sollecitazioni interne M,T,N 4.Sistemi isostatici di travi
5.Solido di St.Venant e verifiche di resistenza 6.Sistemi iperstatici di travi
7. Telai piani (a nodi fissi e a nodi spostabili) MECCANICA DEI SOLIDI
1. Sistemidi corpi rigidi (dualità statico-cinematica) 2. Solido elastico
3.Travi e lastre inflesse
4. Metodo degli elementi finiti (calcolo automatico dei telai) 5. Fenomeni di collasso strutturale
BIBLIOGRAFIA
v A.
Carpinteri,Scienza delle Costruzioni, Pitagora, Bologna, 1992.vA.Carpinteri,Temi d'Esame, Pitagora, Bologna, 1993, 1998.
ESAM E
L'esame prevede sia una prova scritta che una prova orale. Il compito scritto propone la solu-zione di tre esercizi (una struttura isostatica, una struttura iperstatica, una verifica di resisten-za). Ciascun esercizio pone due quesiti, al primo dei quali sono aggiudicabili 7/30 mentre al second o 3/30.
Si suggerisce di attrezzarsi convenientemente per lo svolgimento della prova scritta (carta qua-drettata, matite, penne, squadra, etc.). Si segnala invece che non è permesso l'uso di testi e appunti (si prega di consegnarli ai vigilanti).