PRESENTAZIONE

L'insegnamento si pone lo scopo di illustrare metodi per la soluzione di classici problemi meccanici strutturali fondamentali per la progettazione avanzata di componenti e sistemi meccanici. Sostanzialmente l'insegnamento approfondisce alcune problematiche affrontate nel corso della Laurea in merito alla meccanica dei solidi ed agli elementi di macchine per elementi geometricamente complessi, situazioni di carico non-lineare, anche mediante l’uso di metodi numerici.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Presentare criteri per la progettazione di componenti meccanici ed organi di macchina sottoposti a sollecitazioni statiche, dinamiche e a fatica. Descrivere modelli analitici e metodi numerici per l’analisi strutturale di componenti e sistemi meccanici

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

L'insegnamento si pone l’obiettivo di fornire strumenti di scelta e dimensionamento di alcuni componenti tipici di sistemi meccanici e meccatronici. Per tali componenti esistono strumenti analitici in grado di fornire soluzioni di calcolo semplificate ma rapidamente utilizzabili in diverse situazioni oppure si deve ricorrere a strumenti numerici più generali ma che richiedono software di calcolo e training specifico. L'insegnamento descriverà i principali metodi avanzati precedentemente non trattati nei corsi analoghi della Laurea di primo livello.

Nella prima parte dell'insegnamento si utilizzeranno formulazioni analitiche classiche per lo studio di problematiche i solidi bi/tridimensionali soprattutto assialsimmetrici, le problematiche di meccanica della frattura e fatica multiassiale; la seconda parte sarà dedicata all’introduzione ed all’impiego del calcolo matriciale e del metodo degli elementi finiti per la soluzione generale di problemi strutturali.

In particolare, l'insegnamento si dividerà in due parti aventi i seguenti obiettivi formativi:

1. Introdurre classici modelli analitici per la soluzione di alcuni importanti problemi strutturali ed in particolare:
   1. La valutazione dello stato di tensioni nel contatto tra corpi solidi
   2. Lo studio di solidi bi/tridimensionali in stato di tensione/deformazione piana e assialsimmetrici
   3. Meccanica della Frattura
   4. Progettazione a fatica multiassiale
2. Introdurre il metodo del calcolo matriciale e il metodo degli elementi finiti per la soluzione di problemi strutturali in ambito meccanico/meccatronico

MODALITA' DIDATTICHE

L'insegnamento sarà fornito mediante proiezione di slide illustrative degli argomenti dell'insegnamento affiancate dall’uso della lavagna per ulteriori integrazioni o per svolgere i passaggi matematici un po’ più complessi per dare modo agli studenti di seguirli passo-passo.

Le slide saranno fornite agli studenti insieme a materiale testuale prodotto dal docente ed altri complementi. I testi indicati, presenti in biblioteca, saranno inoltre fondamentale base per la formazione.

Le esercitazioni applicative saranno svolte in laboratorio mediante il codice ANSYS Mechanical Student Edition (liberamente scaricabile dal sito http://www.ansys.com/academic/free-student-products).

Gli studenti che abbiano certificazioni in corso di validità per Disturbi Specifici dell’Apprendimento (DSA), per disabilità o altri bisogni educativi sono invitati a contattare il referente per la disabilità della Scuola Politecnica, Prof. Federico Scarpa (federico.scarpa@unige.it), all’inizio dell’insegnamento per concordare eventuali modalità didattiche e di esame che, nel rispetto degli obiettivi dell’insegnamento, tengano conto delle modalità di apprendimento individuali.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Meccanica della frattura: Introduzione, Teoria di Griffith, fattore di intensificazione delle tensioni. Calcolo del fattore di forma. Stato di deformazione all’apice del difetto, raggio plastico. calcolo del raggio plastico, validità della MFLE. Tenacità alla frattura, prove sperimentali secondo normativa. Caratterizzazione dei difetti. Calcolo di progetto e verifica statica. Piano di controllo a frattura e snervamento.

Calcolo della propagazione del difetto: legge di Paris, di Broek, Walker, Forman. Effetto della tensione media. Effetto del ritardo. Calcolo della propagazione del difetto con carichi random.

Solidi assialsimmetrici: Definizioni, classificazione. Sistema di riferimento e sistema di coordinate assialsimmetriche. Equazioni di equilibrio e di congruenza. Soluzione per dischi e solidi in parete spessa a spessore costante (di Lamé). Condizioni al contorno e soluzione. Caso particolare del tubo a parete sottile.

Soluzione per dischi a spessore variabile, plasticità, forzamento ed autoforzamento.

Introduzione del metodo di calcolo matriciale delle strutture. Esempi. Dal continuo al discreto. L'elemento asta. Rotazione del sistema di riferimento. L'elemento trave a flessione. Carichi nodali equivalenti. Modellazione delle strutture con il metodo degli elementi finiti. Elementi solidi 2D e 3D. Elementi piani e shell. Elementi solidi tetraedrici ed esaedrici.

Soluzione di problemi piani con aste e travi.

Soluzione di problemi piani e tridimensionali con elementi piani/solidi e shell.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

• Appunti dell'insegnamento a cura del docente
• R.C. Juvinall, K.M. Marshek, Fondamenti della progettazione dei componenti delle macchine, Edizioni ETS Pisa
• J. E. Shigley, R. G. Budynas, J. K. Nisbett. Progetto e Costruzione di macchine, edizione italiana a cura di Dario Amodio e Gianni Santucci, Mc Graw-Hill Education ed. III ed.
• J. A. Collins, Failure of materials in mechanical design, J. Wiley.
• G. Genta. Principi e metodologie della progettazione meccanica. Vol. 2. Torino: Levrotto e Bella. 1992
• G. Genta. Dynamics of rotating systems. New York: Springer. 2005
• G. Genta. Vibration of structures and machines: practical aspects. New York: Springer. 1999
• A. Gugliotta. Introduzione alla meccanica della frattura lineare elastica, Torino: Levrotto & Bella, 2002
• A. Gugliotta. Elementi finiti. Torino: Otto Edistrice. 2002 (parte I, parte II, parte III, parte IV)
• K. Bathe, Finite element procedures in Engineering Analysis. Prentice-Hall, Englewood Cliffs, 1996
• G. Belingardi. Il metodo degli elementi finiti nella progettazione meccanica. Levrotto & Bella, Torino, 1995
• M.A. Crisfield, M.A. Finite elements and solution procedures for structural analysis, volume 1: linear analysis. Pineridge, Swansea, 1986
• Yijun Liu. Lecture notes: introduction to finite element method. http://urbana.mie.uc.edu/yliu/Liu_Home.htm

DOCENTI E COMMISSIONI

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

https://corsi.unige.it/corsi/11959/studenti-orario

Orari delle lezioni

L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

L’esame consisterà di una prova scritta ed una prova orale. La prova scritta richiederà la soluzione di due problemi, conclusi con il calcolo di risultati numerici (con impiego di calcolatrice e con consultazione di testi a scelta dello studente). L'orale verterà sugli argomenti del corso inclusa la discussione delle attività di laboratorio di simulazione. Gli studenti dovranno descrivere le risposte alle domande proposte su fogli scritti o alla lavagna (senza impiego di calcolatrice e senza consultazione di testi). Il voto dell'esame sarà ottenuto come media aritmetica dei voti di scritto e orale.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

L'esame scritto valuterà la competenza nell'uso degli strumenti di progetto proposti per il corretto dimensionamento dei componenti e sistemi meccanici considerati nel corso. L'esame orale valuterà la chiarezza nell'esposizione degli argomenti trattati e quindi la comprensione approfondita dei metodi e degli strumenti proposti nel corso, facendo particolare attenzione ai limiti di validità dei medesimi e dei loro campi di applicazione.