OBIETTIVI FORMATIVI

Fornire conoscenze teoriche e competenze ingegneristiche su modellazione e progettazione geometrica, funzionale e strutturale di sistemi meccanici. I temi trattati nel corso sono: a) Computer Aided Design e Engineering (CAD-CAE). b) Modelli geometrici: strumenti CAD 3D; analisi parametrica e ottimizzazione. c) Modelli cinematici: equazioni di vincolo; leggi di moto e sintesi cinematica; strumenti software. d) Dinamica dei sistemi meccanici non-lineari: sistemi multibody; strumenti software. e) Affidabilità strutturale: definizione di azioni, stati limite, metodi di stima dell’affidabilità. f) Scambio di dati fra nel CAD-CAE

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Capacità di usare strumenti di Computer Aided Design e Engineering (CAD-CAE) per la modellazione geometrica e funzionale di un sistema meccanico.

Capacità di analizzare e valutare soluzioni concorrenti di schemi cinematici e statici di sistemi meccanici.

Capacità di creare un sistema meccanico per l’esecuzione di un compito specificato

Capacità di presentare e discutere il proprio lavoro attraverso relazioni tecniche e presentazioni

Capacità di valutare, discutere e criticare il lavoro svolto da colleghi.

PREREQUISITI

Conoscenza delle discipline di base dell’ingegneria meccanica.

MODALITA' DIDATTICHE

40% lezioni frontali su argomenti teorici e pratici

40% laboratori in qui gli studenti in gruppo sviluppano i loro progetti sotto la guida dei docenti

20% discussione dei progetti svolta dagli studenti e guidata dai docenti

PROGRAMMA/CONTENUTO

Gli argomenti trattati durante l’insegnamento seguono le fasi di avanzamento del progetto sviluppato dagli studenti. In articolare si identificano 4 fasi: 

Progettazione concettuale. Partendo dai requisiti assegnati, si definisce lo schema cinematico della macchina. In questa fase il sistema meccanico è modellato come un insieme di corpi rigidi connessi mediante coppie cinematiche ideali.

Gli argomenti trattati includono la descrizione dei vincoli, la definizione delle coppie cinematiche, l’analisi cinematica di modelli elementari classici.

Proporzionamento geometrico. La forma e le dimensioni dei componenti sono definiti sulla base dei principi fondamentali delle costruzioni meccaniche. In questa fase, il sistema meccanico è modellato attraverso uno strumento di Computer Aided Design e Engineering (CAD-CAE) di tipo parametrico.

Gli argomenti trattati includono modellazione solida parametrica feature-based. Modelli di parti: sketcher, vincoli, features, parti solide e in lamiera, features avanzate. Modelli di assemblaggi: modalità di inserimento parti, vincoli, labilità, aspetti cinematici, operazioni sulle parti, esplosi e animazioni. Features di analisi; vincoli, relazioni e parametri. Scambio di modelli geometrici fra strumenti software CAD-CAE eterogenei. Uso di librerie di componenti commerciali. Elementi di progettazione meccanica, embodiment design e scelta e uso di componenti commerciali e unificati. Sviluppo di un progetto con il software PTC Creo. Sono inoltre forniti richiami di elementi costruttivi di macchine.

Analisi dinamica. Si calcola la risposta dinamica del sistema meccanico soggetto a forze assegnate. In questa fase il sistema è modellato secondo l’approccio multi-corpo con deformabilità riprodotte in modo localizzato.

Gli argomenti trattati includono: definizione di un modello multi-body in ambiente PTC Creo a partire da un modello CAD; definizione dei vincoli e flessibilità; definizione di traiettorie mediante analisi cinematica inversa; applicazione di azioni esterne; esecuzione di analisi dinamiche; estrazione e analisi di quantità rilevanti per la descrizione della risposta dinamica.

Analisi affidabilistica. Assegnate incertezze nei parametri di modello o nei parametri che definiscono l’ambiente operativo, si valuta la probabilità di eccedere stati limite predefiniti. Questa fase coinvolge la modellazione probabilistica delle incertezze e delle azioni.

Gli argomenti trattati includono: formulazione del problema dell’affidabilità, stati limite, margini di sicurezza, metodi di analisi; descrizione probabilistica delle incertezze; implementazione in ambiente Matlab di metodi per la descrizione e analisi di grandezze aleatorie.

Presentazione e discussione dei risultati. I risultati ottenuti durante lo sviluppo del progetto sono descritti e discussi dagli studenti mediante 2 relazioni tecniche e 2 presentazioni orali svolte nella forma di discussione tra pari. Gli studenti sono guidati nella preparazione di queste attività mediante due lezioni che illustrano le buone pratiche per scrivere una relazione tecnica e preparare una presentazione tecnica.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Manuali dei prodotti software utilizzati.

Chirone E.; Tornincasa S., Disegno tecnico industriale vol. 1 e 2, Il Capitello

Manuali dei prodotti software utilizzati.

E. J. Haug, Computer Aided Kinematics and Dynamics of Mechanical Systems, 1989.

F. Cheli ed E. Pennestrì. Cinematica e Dinamica dei Sistemi Multibody, Casa Editrice Ambrosiana, Milano, 2005.