OBIETTIVI FORMATIVI

L'insegnamento si propone di fornire agli allievi gli strumenti e le metodologie per l'analisi e la progettazione strutturale per la resistenza statica, contro la frattura fragile e a fatica degli organi delle macchine e delle strutture meccaniche e navali e per il dimensionamento dinamico delle macchine rotanti.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Lo scopo è quello di introdurre lo studente alla Costruzione di macchine come filone della Meccanica che affronta problemi strutturali e di resistenza degli organi meccanici, concentrandosi sul progetto del singolo organo di macchina e fornendo solo cenni sulle scelte progettuali di una macchina nella sua interezza.

La frequenza alle lezioni frontali e alle esercitazioni guidate e lo studio individuale consentiranno allo studente di:

• apprendere gli aspetti generali della Costruzione di macchine con particolare riferimento ai criteri di progettazione strutturale per la resistenza statica, in presenza di scorrimento viscoso, a fatica, contro la frattura fragile
• ricondurre organi di macchine e strutture attraverso opportuna semplificazione a modelli di base già noti dalla meccanica dei solidi
• acquisire la modalità di calcolo di tali elementi quando sottoposti a carichi statici e dinamici
• individuare le criticità strutturali degli organi di macchine e delineare accorgimenti costruttivi per evitarle o almeno ridurle
• padroneggiare l’uso delle caratteristiche meccaniche dei materiali maggiormente utilizzati in ambito meccanico e strutturale , facendo ricorso sia all’uso di data base pre-esistenti sia all’interpretazione di risultati sperimentali, sia a metodi semplificati convalidati anche a livello normativo
• raggiungere una chiara visione degli aspetti fisici dei comportamenti strutturali analizzati
• comprendere l’attendibilità dei risultati ottenuti con metodologie di calcolo convenzionali, essenzialmente analitiche semplificate, ma non semplificative 
• acquisire la capacità di estendere i principi imparati ad elementi nuovi, non trattati nel corso

MODALITA' DIDATTICHE

Le lezioni frontali, unitamente allo svolgimento di numerosi esercizi, tratti dalla pratica ingegneristica, mettono particolare attenzione nel sottolineare le modalità di semplificazione di un oggetto reale in un modello opportuno, risolvibile per via analitica. Con la consultazione di opportuni diagrammi si evidenziano le criticità delle strutture, sia in campo statico sia dinamico, sia nell’ambito della MFLE, prendendo ad esempio anche risultati ottenuti da analisi numeriche su componenti non solo di tipo meccanico, ma anche navale, civile e biomedico. In questo modo si stimola la abilità di astrazione dal problema specifico per acquisire la capacità di estrapolazione a problemi mai affrontati. Tutti i diagrammi inerenti le caratteristiche meccaniche dei materiali sono costruiti passo, passo, partendo da dati reali derivanti da prove sperimentali.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Parte I - Fondamenti della costruzione di macchine

Problemi speciali di meccanica di solidi. Problemi piani di tensione e di deformazione (richiami) – Problemi assialsimmetrici – Problemi speciali di meccanica delle strutture.

Parte II – Criteri di progettazione strutturale

Progettazione per la resistenza statica: Resistenza statica dei materiali. Tensione ideale. Criteri di resistenza per materiali duttili. Condizione di sicurezza per la resistenza statica: tensione limite, tensione ammissibile, fattore di sicurezza, margine di sicurezza. Concentrazione delle tensioni: intagli e loro effetto. Fattore teorico e sperimentale di concentrazione delle tensioni. Condizione di sicurezza in presenza di intagli.

Progettazione a fatica: Fatica nei materiali metallici. Fatica ad alto numero di cicli. Curve S-N. Influenza della tensione media. Intagli e loro influenza. Fattore dimensionale. Fattore superficiale. Condizioni di sicurezza per sollecitazioni sia ad ampiezza costante sia ad ampiezza variabile. Danneggiamento cumulato. Cenni su fatica a basso numero di cicli.

Progettazione contro la rottura di schianto: Frattura fragile in presenza di difetti tipo cricche. MFLE (meccanica della frattura lineare elastica). Fattore di intensificazione delle tensioni. Zona plasticizzata all’ apice della cricca. Tenacità a frattura. Condizione di sicurezza secondo i criteri della MFLE. Propagazione delle cricche (cenni).

Progettazione in presenza di scorrimento viscoso (creep): scorrimento viscoso nei materiali metallici. Prova di scorrimento viscoso. Condizione di sicurezza in presenza di creep.

Parte III – Progettazione degli organi meccanici

Recipienti e tubazioni: recipienti e tubi cilindrici. Recipienti sferici. Recipienti per alte pressioni.

Dischi rotanti: Dischi rotanti di spessore costante. Tamburi rotanti. Disco con corona e mozzo.

Collegamenti smontabili.

Collegamenti fissi. Saldature: dimensionamento statico e a fatica, secondo normativa.

Assi e alberi: dimensionamento statico e dinamico.

Elementi per la trasmissione del moto tra organi coassiali.

Vibrazioni flessionali e torsionali (cenni)

TESTI/BIBLIOGRAFIA

J.E. Shigley, “Mechanical Engineering Design”, MCGraw-Hill

R.E. Peterson, “Stress Concentration factors”, Wiley-Interscience Publication

R.W. Hertzberg, “Deformation and fracture mechanics of engineering materials”, John Wiley & Sons

R.C. Juvinall, “ Fundamentals of machine component design”, John Wiley & Sons

A.De Paulis, E. Manfredi, “ Costruzione di machine – Criteri di base e applicazioni principali”, Pearson