MODELING AND SIMULATION OF MECHANICAL SYSTEMS
Anno accademico 2021/2022 - 1° annoCrediti: 9
SSD: ING-IND/13 - MECCANICA APPLICATA ALLE MACCHINE
Organizzazione didattica: 225 ore d'impegno totale, 134 di studio individuale, 39 di lezione frontale, 52 di esercitazione
Semestre: 1°
Obiettivi formativi
Instaurare la capacità di formulare e creare modelli numerici in grado di simulare la risposta dinamica, nel dominio del tempo e della frequenza, di sistemi meccanici complessi e di valutarne la stabilità in relazione ai campi di forze applicati.
Trasmettere i concetti basilari delle tecniche di discretizzazione dei sistemi meccanici ed apprendere l'utilizzo di idonei codici di calcolo (Matlab ®) per risolverne le equazioni del moto.
Modalità di svolgimento dell'insegnamento
Lezioni frontali, laboratorio didattico Matlab, laboratorio di meccanica delle vibrazioni.
Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.
Prerequisiti richiesti
Fondamenti di meccanica applicata alle macchine; conoscenza delle equazioni della dinamica Newtoniana; conoscenza dei sistemi di equazioni differenziali del secondo ordine a coefficienti costanti e dei relativi metodi di risoluzione.
Frequenza lezioni
La frequenza delle lezioni è obbligatoria, come stabilito dal Corso di Studi.
Contenuti del corso
Modellazione dei sistemi meccanici discreti a 2-n gradi di libertà: approccio sistematico per la scrittura delle equazioni del moto; il metodo Multi-Body; calcolo della posizione di equilibrio statico; linearizzazione delle equazioni nell'intorno dell’equilibrio; calcolo di frequenze proprie, modi di vibrare e risposta in frequenza; approccio modale; sistemi soggetti a forze non lineari; risposta temporale mediante integrazione numerica delle equazioni del moto. Esempi applicativi in Matlab ® (studio del ride-comfort di un veicolo).
Vibrazioni nei continui: equazioni dei continui fune e trave; calcolo di frequenze proprie e modi di vibrare. Smorzamento strutturale ed isteretico.
Metodo degli Elementi Finiti: le funzioni di forma per gli elementi fune e trave; calcolo di frequenze proprie e modi di vibrare; calcolo della risposta forzata; esempi applicativi.
Sistemi ad 1 e 2 gradi di libertà soggetti a campi di forze: discussione delle condizioni di stabilità; campo di forze aerodinamiche e instabilità dei profili alari; instabilità nei cuscinetti; esempi applicativi in Matlab ®.
Dinamica dei veicoli stradali: equazioni del moto, moto in rettilineo e in curva, ride-comfort, studio della stabilità.
Tecniche di identificazione modale. Laboratorio di misura delle vibrazioni e analisi modale.
Testi di riferimento
1) G. Diana, F. Cheli, “Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 1 e vol. 2, Polipress , Milano
2) G. Genta, "Meccanica dell'autoveicolo", V edizione, Levrotto & Bella, Torino.
3) G. Diana, F. Cheli, “Advanced Dynamics of Mechanical Systems”, Springer
4) G. Genta, L.Morello, "The automotive chassis", Volume 2: system design, Springer
Programmazione del corso
| Argomenti | Riferimenti testi | |
|---|---|---|
| 1 | modi e frequenze proprie sistemi a 2-n gdl - eigenvalues and mode shapes of n-dofs systems | G. Diana, F. Cheli, “Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 1 - G. Diana, F. Cheli, “Advanced Dynamics of Mechanical Systems”, Springer |
| 2 | risposta forzata e moto imposto ai vincoli per sistemi a n gdl - forced vibration response of n dofs systems | G. Diana, F. Cheli, “Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 1 - G. Diana, F. Cheli, “Advanced Dynamics of Mechanical Systems”, Springer |
| 3 | analisi modale - modal analysis | G. Diana, F. Cheli, “Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 1 - G. Diana, F. Cheli, “Advanced Dynamics of Mechanical Systems”, Springer |
| 4 | metodi di scrittura delle equazioni lineari per sistemi dinamici a n gdl - equations of motion of linear n dof systems | G. Diana, F. Cheli, “Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 1- G. Diana, F. Cheli, “Advanced Dynamics of Mechanical Systems”, Springer |
| 5 | assorbitore dinamico - tuned mass damper | G. Diana, F. Cheli, “Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 1- G. Diana, F. Cheli, “Advanced Dynamics of Mechanical Systems”, Springer |
| 6 | identificazione dello smorzamento e smorzamento isteretico - damping identification methods and hysteretic damping | G. Diana, F. Cheli, “Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 1- G. Diana, F. Cheli, “Advanced Dynamics of Mechanical Systems”, Springer |
| 7 | sistemi di sospensione a 1 e 2 gdl - suspension systems 1 and 2 dofs | G. Diana, F. Cheli, “Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 1- G. Diana, F. Cheli, “Advanced Dynamics of Mechanical Systems”, Springer |
| 8 | ride-comfort del veicolo modello Matlab a 10 gdl - 10 dofs Matlab model for ride comfort evaluation of a ground vehicle | G. Diana, F. Cheli, “Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 1; dispense del docente- G. Diana, F. Cheli, “Advanced Dynamics of Mechanical Systems”, Springer and lecture notes |
| 9 | tasselli in gomma-metallo e idraulici per il controllo delle vibrazioni - rubber and hydraulic mounts for vibration isolation | G. Diana, F. Cheli, “Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 1; dispense del docente - G. Diana, F. Cheli, “Advanced Dynamics of Mechanical Systems”, Springer and lecture notes |
| 10 | modi e frequenze proprie dei sistemi continui: fune - mode shapes and eigenvalues of continuous systems: taught strings | G. Diana, F. Cheli, “Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 1 - G. Diana, F. Cheli, “Advanced Dynamics of Mechanical Systems”, Springer |
| 11 | modi e frequenze proprie dei sistemi continui: trave - mode shapes and eigenvalues of continuous systems: beams | G. Diana, F. Cheli, “Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 1 - G. Diana, F. Cheli, “Advanced Dynamics of Mechanical Systems”, Springer |
| 12 | modi e frequenze proprie dei sistemi continui: trave con carico assiale - mode shapes and eigenvalues of continuous systems: beams with axial load | G. Diana, F. Cheli, “Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 1 - G. Diana, F. Cheli, “Advanced Dynamics of Mechanical Systems”, Springer |
| 13 | principi di base del metodo agli elementi finiti - basic principles of finite element method | G. Diana, F. Cheli, “Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 1 - G. Diana, F. Cheli, “Advanced Dynamics of Mechanical Systems”, Springer |
| 14 | funzioni di forma per gli elmenti fune e trave - shape functions for 1-D elements: string and beam | G. Diana, F. Cheli, “Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 1 - G. Diana, F. Cheli, “Advanced Dynamics of Mechanical Systems”, Springer |
| 15 | assemblaggio delle matrici in un esempio applicativo di fune tesata per linea elettrica aerea - example of assembling matrices for an overhead vibrating line | G. Diana, F. Cheli, “Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 1 - G. Diana, F. Cheli, “Advanced Dynamics of Mechanical Systems”, Springer |
| 16 | studio della stabilità dei sistemi a 1 e 2 gdl: definizione delle forme di instabilità - study of stability in 1 and 2 dofs vibrating systems | G. Diana, F. Cheli, “Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 2 - G. Diana, F. Cheli, “Advanced Dynamics of Mechanical Systems”, Springer |
| 17 | stabilità di un sistema a 2gdl non smorzato in un campo di forze posizionali - stability of a 2 dofs system in a position-dependent force field | G. Diana, F. Cheli, “Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 2 - G. Diana, F. Cheli, “Advanced Dynamics of Mechanical Systems”, Springer |
| 18 | stabilità di un cuscinetto a lubrificazione idrodinamica -stability of journal bearings | G. Diana, F. Cheli, “Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 2 - G. Diana, F. Cheli, “Advanced Dynamics of Mechanical Systems”, Springer |
| 19 | stabilità dei profili alari a 1 e 2 gdl - stability of 1 and 2 dofs airfoils | G. Diana, F. Cheli, “Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 2 - G. Diana, F. Cheli, “Advanced Dynamics of Mechanical Systems”, Springer |
| 20 | esercizi in Matlab sulla stabilità dei profili alari - Matlab examples for airfoils stability | G. Diana, F. Cheli, “Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 2 - G. Diana, F. Cheli, “Advanced Dynamics of Mechanical Systems”, Springer |
| 21 | sistemi per la misura delle vibrazioni, principi di analisi dei segnali - basic principles and applications for vibration measurementvibration | dispense del docente - lecture notes |
| 22 | studio delle forze al contatto pneumatico-strada - tire to road interaction | G. Genta, ''meccanica dell'autoveicolo'' - G. Genta, L.Morello, "The automotive chassis", Volume 2: system design, Springer |
| 23 | dinamica del veicolo in rettilineo: moto a velocità costante, accelerazione - vehicle longitudinal dynamics | G. Genta, ''meccanica dell'autoveicolo''G. Genta, L.Morello, "The automotive chassis", Volume 2: system design, Springer |
| 24 | forze agenti sugli autoveicoli stradali - forces applied to ground vehicles | G. Genta, ''meccanica dell'autoveicolo''G. Genta, L.Morello, "The automotive chassis", Volume 2: system design, Springer |
| 25 | dinamica del veicolo: moto in curva a velocità costante - steady state cornering | G. Genta, ''meccanica dell'autoveicolo''G. Genta, L.Morello, "The automotive chassis", Volume 2: system design, Springer |
| 26 | dinamica del veicolo: modello single-track - single track vehicle model | G. Genta, ''meccanica dell'autoveicolo''G. Genta, L.Morello, "The automotive chassis", Volume 2: system design, Springer |
| 27 | dinamica del veicolo: ride-comfort - ride-comfort of vehicles: basic principles | G. Genta, ''meccanica dell'autoveicolo''G. Genta, L.Morello, ''The automotive chassis'', Volume 2: system design, Springer |
Verifica dell'apprendimento
Modalità di verifica dell'apprendimento
Prova scritta, valutazione degli elaborati di corso.
Written exam and presentation of students' works.
La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.
Learning assessment may also be carried out on line, should the conditions require it.
Esempi di domande e/o esercizi frequenti
disponibili su: (available on:)
http://www.dii.unict.it/users/gfichera/MSIM.htm
http://studium.unict.it