Presentare criteri per la progettazione di componenti meccanici ed organi di macchina sottoposti a sollecitazioni statiche e di fatica. Descrivere modelli analitici per l’analisi strutturale. Introdurre i fondamenti della tecnica numerica degli elementi finiti.
Il corso si pone gli obiettivi di :
1) presentare ed applicare i criteri seguiti per la progettazione meccanica di componenti ed organi di macchina sottoposti a sollecitazioni statiche, dinamiche e di fatica;
2) descrivere i classici modelli analitici per l'analisi strutturale, utilizzandoli per semplici calcoli di progetto;
3) introdurre i fondamenti della tecnica numerica degli elementi finiti per le strutture 2D e 3D ad elementi discreti.
Lezioni ed esercitazioni contestuali svolte tutte dal docente titolare del corso
Parte 1 - Fondamenti della progettazione strutturale meccanica con carichi statici. Richiami su : a) Meccanica dei Solidi e Meccanica delle Strutture.
b) Strutture elementari unidimensionali (travi ed aste).
c) Problemi speciali della meccanica dei solidi : problemi piani di tensione/deformazione e problemi assialsimmetrici.
d) Dischi e tamburi rotanti.
e) Cause di sollecitazione. Forze concentrate e distribuite (di superficie e di volume). Deformazioni iniziali (termiche e di interferenza). Cause di collasso. Cedimento per rottura statica, a fatica, di schianto. Cedimento per instabilità elastica e per scorrimento viscoso ad alta temperatura. Coefficienti di sicurezza contro i cedimenti strutturali.
- Nonlinearità fisiche : plasticità. Esempi di calcolo elastoplastico : cerniera plastica.
- Nonlinearità geometriche : grandi spostamenti. Nonlinearità di contatto : vincoli unilateri.
Parte 2 - Fondamenti del metodo degli elementi finiti. Metodi matriciali per l’analisi di strutture ad elementi discreti. Matrice di rigidezza. Vettori di forze e spostamenti nodali. Assemblaggio, introduzione dei vincoli e soluzione delle equazioni. Post-processamento dei risultati. Funzioni di forma e matrice di rigidezza per un generico elemento. Convergenza della soluzione. Matrici di tensione e di deformazione. Criteri di discretizzazione in elementi finiti di un continuo 2D / 3D. Elemento triangolare a tre nodi piano. Elemento triangolare a tre nodi assialsimmetrico.
Parte 3 - Approccio lineare alla progettazione strutturale meccanica in campo dinamico. L’oscillatore semplice (richiami). Esempi di sistemi dinamici a 1 o 2 gradi di libertà. Cenni su sistemi dinamici a parametri distribuiti. Vibrazioni assiali, flessionali e trosionali..Bipendolo di torsione. Tripendolo di torsione.
Parte 4 - Dinamica dei rotori : il rotore di Jeffcott . Velocità critiche. Cause di smorzamento in un rotore di turbina. Esempi di modellazione e calcolo dinamico di sistemi rotanti. Riduzione delle inerzie nella coppia biella manovella. Riduzione delle inerzie e delle elasticità di un sistema rotante su due assi riconducibile ad un bipendolo/tripendolo di torsione.
Parte 5 - Cenni sulla progettazione strutturale delle turbine a vapore e a gas. Calcolo statico (con il codice ANSYS) del rotore di una turbina.. Analisi modale di una pala di bassa pressione per turbina a vapore. Cenni sui materiali per turbine a gas soggette a creep. Seminari di Ansaldo Energia su progettazione meccanica delle turbine a vapore.
Parte 6 - Teoria delle lastre inflesse di piccolo spessore. Lastra circolare uniformemente inflessa. Lastre assialsimmetriche
Appunti alle lezioni distribuiti dal Docente e testi vari di Costruzione di Macchine (ad esempio : J.E. Shigley, C.R. Mischke, R.G. Budynas : “Progetto e costruzione di macchine” , McGraw Hill )
Ricevimento: Su appuntamento richiesto tramite e-mail
PIETRO FANGHELLA (Presidente)
ALESSANDRO REBORA (Presidente)
LUCA BRUZZONE
ALERAMO LUCIFREDI
ROBERTO RAZZOLI
PAOLO SILVESTRI
COSTRUZIONE DI MACCHINE
Esame orale su aspetti teorici ed applicativi presentati a lezione, con semplici esercizi numerici da svolgere su fogli cartacei (nella prima parte dell'esame, con impiego di calcolatrice e con consultazione di testi) e poi alla lavagna (nella seconda parte dell'esame, senza impiego di calcolatrice e senza consultazione di testi).
Propedeuticità :
Superamento del modulo 80137 Meccanica
