COSTRUZIONE DI MACCHINE II

Anno accademico 2017/2018 - 2° anno
Docente: Giuseppe MIRONE
Crediti: 9
SSD: ING-IND/14 - PROGETTAZIONE MECCANICA E COSTRUZIONE DI MACCHINE
Organizzazione didattica: 225 ore d'impegno totale, 135 di studio individuale, 54 di lezione frontale, 36 di esercitazione
Semestre:

Obiettivi formativi

Questo insegnamento mira a trasmettere i concetti di progettazione avanzata negli ambiti strutturale e della costruzione di macchine.

Vengono trattate le problematiche più tipiche in ambito statico e dinamico con i moderni metodi di progettazione numerica (elementi finiti).

Sono previste esercitazioni in aula per l'analisi di strutture sia con codice di calcolo scritto dallo studente sia con software commerciale.


Prerequisiti richiesti

Propedeuticità come da regolamento didattico.


Frequenza lezioni

Obbligatoria.


Contenuti del corso

Calcolo matriciale e metodo agli elementi finiti:

Calcolo matriciale strutture 1D piane – Matrici di rigidezza elemento – Rotazione da sistema di riferimento locale a globale - Assemblaggio matrice di rigidezza struttura – Permutazione gradi di libertà e partizione matrice struttura – Determinazione spostamenti nodali e reazioni vincolari – vincoli interni ed esterni – Geometria dell’elemento, spostamenti nodali e polinomi approssimanti –Coefficienti del polinomio approssimante – Differenziazione e deformazioni – Legame tra deformazioni e tensioni - Tensioni e forze – Principio dei lavori virtuali, Metodo di Rayleigh-Ritz – Elementi Asta – Trave di Eulero – Trave di Timoshenko – Elemento torsionale – Elemento membranale piano a 4 nodi – Elemento esaedrico 8 nodi – Formulazione isoparametrica – Integrazione Gaussiana

Riferimenti testo “Belingardi”, Parte 1 cap. 1; Parte 2 capp. 1, 2, 3; Parte 3 capp. 1, 2,3, 4, 6, 7, 9, 11; Appendice 2.

 

Metodo FEM per sollecitazioni dinamiche

Equazione matriciale di equilibrio dinamico - Matrici di massa “consistent” e da “direct lumping” – Inerzia traslazionale e rotazionale degli elementi trave - Risposta libera delle strutture senza smorzamento – Matrice di smorzamento di Rayleigh – Trasformazione equazione del moto in sistema equazioni primo ordine – Soluzioni oscillatorie in transitorio ed a regime.

Riferimenti testo “Zienkiewicz-Taylor” capp. 17, Dispensa Gavin x matrici

 

Calcolo dei Dischi rotanti ad alta velocità

Impostazione delle equazioni fondamentali – Disco di spessore costante – Effetto corona e mozzo su disco a spessore costante – Dischi a profilo iperbolico, conico, di uniforme resistenza – Metodo di Grammel per dischi a profilo arbitrario – Metodo generale per dischi a profilo arbitrario – Metodo alternativo per tensioni interfaccia disco-corona - Sollecitazioni termiche in disco a profilo arbitrario – Sollecitazioni centrifughe da palettatura radiale – effetto fori su tensioni disco.

Riferimenti testo “Giovannozzi –II” cap. 10.

 

Velocità critiche degli alberi rotanti

Alberi con una sola massa – Velocità critica, eccentricità, oscillazioni – Effetto dell’inerzia trasversale – Effetto dello sforzo normale e di taglio sulle velocità critiche – Alberi con masse concentrate – Discretizzazione e riduzione ad albero equivalente – Formula di Dunkerley – Alberi con massa diffusa – Metodi di Stodola e di Von Borowicz per la prima velocità critica - Metodi di Koch e di Giovannozzi per la seconda velocità critica – Velocità critiche e forme d’onda come autovalori ed autovettori.

Riferimenti testo “Giovannozzi –II” cap. 11.

 

Oscillazioni torsionali degli alberi rotanti

Generalità sulle oscillazioni torsionali – Riduzione albero reale a sistema equivalente – Soluzione sistema equivalente forzato e libero – Alberi con due e tre volani – Alberi in serie ed in parallelo – Riduzione manovellismo ad inerzia equivalente - Scomposizione in armoniche momento motore da pressione gas e da forze d’inerzia – Armoniche principali e secondarie su pluricilindrici – Individuazione armoniche risonanti – Determinazione delle oscillazioni in risonanza – Sollecitazioni dinamiche.

Riferimenti testo “Giovannozzi –II” cap. 12.

 

Componenti principali dei motori alternativi

Configurazioni tipiche alberi a gomiti - Equilibratura forze alterne e rotanti di primo e secondo ordine e loro momenti – Carichi su supporti di banco e supporti motore – Approssimazioni per il calcolo delle velocità critiche degli alberi a gomiti – Calcolo dello spinotto – Calcolo del fusto e delle teste di biella – Calcolo delle fasce elastiche.

Riferimenti testo “Giovannozzi –II” capp. 17, 19.

 

Ruote Dentate

Ruote dentate coniche a denti dritti – Relazioni fondamentali ed approssimazione di Tredgold – Numero minimo di denti ed arco d’azione – Proporzionamento – Forze scambiate nella coppia conica – Ruote cilindriche a denti elicoidali – Profilo frontale e profilo normale – Numero minimo di denti –Spinte negli ingranaggi cilindrici a denti elicoidali – arco d’azione e larghezza utile – Forze scambiate e rendimento – Ruote coniche a denti elicoidali – Relazioni principali e tipologie denti obliqui – Considerazioni geometriche - Ruota piano-conica ed equivalente – Forze scambiate.

Riferimenti testo “Giovannozzi –II” capp. 2, 3.


Testi di riferimento

  1. Giovannozzi R., “Costruzione di Macchine Vol. II”, Patron;
  2. Belingardi G., “Il Metodo degli Elementi Finiti nella Progettazione Meccanica”, Levrotto & Bella;
  3. Zienkiewicz & Taylor, The finite elements method V. 1, Butterworth & Heinemann; (Cap. 17);

Verifica dell'apprendimento

Modalità di verifica dell'apprendimento

Esame orale.