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MECCANICA DELLE VIBRAZIONI

CODICE 60141
ANNO ACCADEMICO 2022/2023
CFU
  • 6 cfu al 2° anno di 9269 INGEGNERIA MECCANICA - PROGETTAZIONE E PRODUZIONE(LM-33) - GENOVA
  • 12 cfu al 2° anno di 9269 INGEGNERIA MECCANICA - PROGETTAZIONE E PRODUZIONE(LM-33) - GENOVA
  • SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE ING-IND/13
    LINGUA Italiano
    SEDE
  • GENOVA
  • PERIODO 2° Semestre
    MODULI Questo insegnamento è un modulo di:
    MATERIALE DIDATTICO AULAWEB

    PRESENTAZIONE

    Corso avanzato di meccanica delle vibrazioni pensato per fornire agli studenti gli strumenti teorici e pratici per affrontare la progettazione di sistemi meccanici soggetti a vibrazioni e il problema della mitigazione delle vibrazioni in strutture/sistemi esistenti. Il corso è ripartito equamente in insegnamenti teorici e esperienze pratiche al calcolatore o in laboratorio.

    OBIETTIVI E CONTENUTI

    OBIETTIVI FORMATIVI

    Conoscenza qualitativa e quantitativa del comportamento di sistemi dinamici lineari a un grado di libertà. Capacità di progettare sistemi di smorzamento delle vibrazioni e di isolamento. Comprensione e utilizzo del concetto di analisi modale per la progettazione di strutture soggette a vibrazioni. Conoscenza del comportamento dinamico di strutture rotanti. Capacità di eseguire misure dinamiche in laboratorio e in sito. Conoscenza delle tecniche di base per analisi modale sperimentale. Conoscenza di strumenti per il monitoraggio strutturale e la diagnostica delle macchine

    OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

    Il corso fornisce nozioni avanzate sulla modellazione e analisi della risposta dinamica di sistemi lineari, con cenni a fenomenologie tipiche di strutture nonlineari. I sistemi considerati hanno natura discreta (gradi di libertà in numero finito) e sono eventualmente ottenuti mediante una rappresentazione del continuo attraverso la tecnica degli elementi finiti. Si descrivono in termini fenomenologici e matematici fenomeni di instabilità tipici di problemi di interazione fluido-struttura (divergenza, flutter) e comportamenti tipici di sistemi nonlineari (biforcazione del equilibrio dinamico, salto fra soluzioni concorrenti, saturazione). Il problema degli elementi rotanti è affrontato considerando il caso delle vibrazioni laterali di un rotore rigido su supporti flessibili, e il caso delle vibrazioni lineari di pale e dischi rotorici.

    Una parte rilevante del corso è dedicata alla misura delle vibrazioni e all’analisi di dati sperimentali. Si analizza il problema dell’analisi modale sperimentale e operativa, si propongono applicazioni di laboratorio. Si descrivono gli strumenti matematici utilizzati per il monitoraggio dell’integrità strutturale di sistemi meccanici e si presentano casi studio applicativi.

    MODALITA' DIDATTICHE

    Lezioni in aula e esercitazioni in laboratorio

    PROGRAMMA/CONTENUTO

    Dinamica di strutture discretizzate

    Equazioni del moto, analisi modale, rappresentazione nel dominio della frequenza (FRF), rappresentazione nello spazio di stato, integrazione numerica, modelli a tempo discreto.

    Sottostrutturazione dinamica, component-mode synthesis, metodo di Craig-Bampton

    Cenni sulla risposta di sistemi nonlineari (biforcazione, salto, ciclo limite)

    Instabilità, divergenza, flutter

     

    Risposta dinamica di sistemi lineari con forzante aleatoria

    Richiami di teoria della probabilità, processi aleatori stazionari, PSD, auto- e cross-correlazione, coerenza

    Risposta lineare stazionaria (analisi spettrale), valore massimo della risposta, frequenza attesa, fattore di picco

     

    Dinamica di rotori e elementi rotanti

    Risposta laterale libera di rotori rigidi su supporti flessibili, diagramma di Campbell, forze sincrone e non sincrone

    Vibrazioni lineari di elementi soggetti a forze centrifughe (pale rotoriche), stress stiffening, spin softening

    Proprietà dinamiche di strutture con simmetria ciclica (dischi rotorici)

     

    Misura delle vibrazioni e identificazione dinamica

    Richiami di misure (conversione AD, campionamento, quantizzazione), trasformata di Fourier discreta, aliasing, leakage, finestre. Stima PSD e FRF.

    Analisi modale sperimentale. Principi e algoritmi di identificazione modale, parametrizzazioni del sistema dinamico. Analisi modale operativa.

    Strumenti per il monitoraggio dell’integrità strutturale. Identificazione tendenze, stima inviluppo (trasformata di Hilbert), identificazione di toni puri (spectral kurtosis).

     

    Dinamica di strutture discretizzate

    Equazioni del moto, analisi modale, rappresentazione nel dominio della frequenza (FRF), rappresentazione nello spazio di stato, integrazione numerica, modelli a tempo discreto.

    Sottostrutturazione dinamica, component-mode synthesis, metodo di Craig-Bampton

    Cenni sulla risposta di sistemi nonlineari (biforcazione, salto, ciclo limite)

    Instabilità, divergenza, flutter

    Risposta dinamica di sistemi lineari con forzante aleatoria

    Richiami di teoria della probabilità, processi aleatori stazionari, PSD, auto- e cross-correlazione, coerenza

    Risposta lineare stazionaria (analisi spettrale), valore massimo della risposta, frequenza attesa, fattore di picco

    Dinamica di rotori e elementi rotanti

    Risposta laterale libera di rotori rigidi su supporti flessibili, diagramma di Campbell, forze sincrone e non sincrone

    Vibrazioni lineari di elementi soggetti a forze centrifughe (pale rotoriche), stress stiffening, spin softening

    Proprietà dinamiche di strutture con simmetria ciclica (dischi rotorici)

    Misura delle vibrazioni e identificazione dinamica

    Richiami di misure (conversione AD, campionamento, quantizzazione), trasformata di Fourier discreta, aliasing, leakage, finestre. Stima PSD e FRF.

    Analisi modale sperimentale. Principi e algoritmi di identificazione modale, parametrizzazioni del sistema dinamico. Analisi modale operativa.

    Strumenti per il monitoraggio dell’integrità strutturale. Identificazione tendenze, stima inviluppo (trasformata di Hilbert), identificazione di toni puri (spectral kurtosis).

    TESTI/BIBLIOGRAFIA

    Fundamentals of Structural Dynamics.
    Roy R. Craig, Andrew J. Kurdila

    Dynamics of Rotating Machines.
    Michael I. Friswell, John E. T. Penny, Seamus D. Garvey, Arthur W. Lees

    Modal Testing: Theory, Practice and Application.
    D. J. Ewins

    Appunti del corso

    DOCENTI E COMMISSIONI

    LEZIONI

    Orari delle lezioni

    L'orario di tutti gli insegnamenti è consultabile su EasyAcademy.

    ESAMI

    MODALITA' D'ESAME

    Orale, Esercitazioni svolte e valutate durante l'anno

    MODALITA' DI ACCERTAMENTO

    Valutazione delle conoscenze e della chiarezza espositiva attraverso la discussione dei temi trattati