COSTRUZIONE DI MACCHINE II

Risultati di apprendimento attesi

Questo corso è mirato a fornire i concetti principali degli elementi finiti e quelli della progettazione meccanica strutturale di componenti e sistemi meccanici

Conoscenza e comprensione

Vengono illustrate le basi teoriche del metodo agli elementi finiti e del metodo matriciale per la risoluzione di strutture piane, nonchè le problematiche della progettazione meccanica di sistemi e componenti soggetti a sollecitazioni dinamiche come: dischi rotanti, alberi a velocità critiche, oscillazioni torsionali degli alberi, organi meccanici del motore (bielle, pistoni, fasce elastiche), ruote dentate coniche a denti dritti ed elicoidali, cilindriche a denti elicoidali.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Nell'ambito del corso viene anche promossa la familiarizzazione con le problematiche di modellazione numerica tramite la scrittura di codici di calcolo matriciali per la risoluzione di strutture piane in ambiente Matlab e la verifica dei risultati tramite codice agli elementi finiti commerciale.

Prerequisiti

Essenziale il conseguimenti di precedenti esami come da regolamento del CdS.

Svolgimento

Lezioni teoriche ed esercitazioni al pc in aula, Qualora l’insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto sopra dichiarato, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel presente syllabus.

Valutazione

Esame orale, la verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica qualora le condizioni lo dovessero richiedere. A garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un colloquio personale in modo da programmare eventuali misure compensative e/o dispensative, in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze. È possibile rivolgersi anche al docente referente CInAP (Centro per l’integrazione Attiva e Partecipata — Servizi per le Disabilità e/o i DSA) del proprio Dipartimento (https://www.cinap.unict.it/content/referenti).

Le competenze acquisite sono spendibili nell’ambito della gestione della qualità in organizzazioni dei settori civile, industriale e dei servizi, in accordo con gli obiettivi 9,11,12 dell’Agenda 2030 delle Nazioni Unite per lo sviluppo sostenibile.

Lezioni ed esercitazioni al pc

Conoscenze propedeutiche secondo il regolamento del corso di Laurea.

Obbligatoria

 CONSTRUZIONE DI MACCHINE – II (9 cfu)

Objectives and organization

Questo corso è mirato a fornire i concetti principali degli elementi finiti e quelli della progettazione meccanica strutturale di componenti e sistemi meccanici, 

Verranno svolte esercitazioni pratiche in aula dedicate alla scrittura di codici di calcolo matriciali per la risoluzione di strutture piane in ambiente Matlab ed alla verifica dei risultati tramite codice agli elementi finiti commerciale.

 CONTENUTI DEL CORSO:

1) Metodo matriciale ed elementi finiti:

Metodo matriciale per strutture piane composte da elementi monodimensionali  Matrici rigidezza di un elemento - Rotazione sistemi di riferimento locali-globali - Mappatura ed assemblaggiomatrici di rigidezza delle strutture - Permutazione dof e partizionamento matrice rigidezza struttura - Spostamenti nodali e reazioni vincolari - Vincoli interni - Elementi finiti, spostamenti significativi e polinomi approssimanti - Funzioni di forma - Differenziazione e deformazioni - Legani stress-strain - Principio lavori virtuali per matrice rigidezza - Elemento asta - Trave di Eulero - Elemento membranale piano quad 4 plane stress e plane strain - Elemento membranale piano quad 4 Kirchoff plate - Elemento solido esaedro 8 nodi - Formulazione isoparametrica - Integrazione di Gauss - Equilibrio dinamico - Matrici di massa consistent e di smorzamento alla Rayleigh - Oscillazioni libere con e senza smorzamento - Oscillazioni forzate.

Referenze:

• “Belingardi”, Parte 1 cap. 1; Parte 2 capp. 1, 2, 3; Parte 3 chapt. 1, 2,3, 4, 6, 7, 9, 11; Appendice 2.
•  “Zienkiewicz-Taylor” chapt. 17, Dispensa Gavin x matrici

2) Rotori e dischi rotanti:

Equazioni fondamentali - Disco a spessore costante - Effetto di  mozzo e corona - Dischi iperbolici, conici e ad uniforme resistenza - Metodo di Grammel per dischi a profilo arbitrario - Sollecitazioni termiche in dischi a profilo arbitrario - Effetto centrifugo di palettature radiali - COncentrazioni stress attorno ai fori

Referenze:

Giovannozzi –II” chapt. 10.

3) Velocità critiche degli alberi rotanti:

Alberi con massa singola concentrata - Velocità critica, eccentricità e oscillazioni composte - Effetto inerzia trasversale - Effetto carico assiale - Alberi con masse multiple concentrate - Albero equivalente - Modi di vibrare, autovalori e autovettori.

Referenze:

“Giovannozzi –II” chapt. 11.

4) Oscillazioni torsionali degli alberi:

Introduzione alle vibrazioni torsionali - Sistema equivalente per un albero motore - Oscillazioni libere e forzate - Frequenze proprie di alberi serie e parallelo - Riduzione inerzia di un manovellismo di spinta all'asse motore di un motore a  pistoni - Scomposizione del moment motore in armoniche da interzia e gas - Diagarmmi stellari, armoniche principali e secondarie - Armoniche risonanti - Oscillazioni torsionali forzate da armoniche risonanti e non risonanti 

Referenze:

 “Giovannozzi –II” chapt. 12.

5) Componenti principali dei motori alternativi:

Calcolo dello spinotto - Teste di biella aperte e chiuse - Fusto di biella - Fasce elastiche

Referenze:

 “Giovannozzi –II” chapt. 17, 19.

6) Ruote dentate :

Ruote coniche a denti dritti - Metodo Tredgold per profilo evolvente - Forze scambiate - Ruote cilindriche a denti elicoidali - Arco d'azione e fattore di ricoprimento - Ruota equivalente - Forze scambiate - Ruote coniche a denti elicoidali - Ruota equivalente - Forze scambiate - 

Referenze:

 “Giovannozzi –II” chapt. 2, 3.

1. Giovannozzi R., “Costruzione di Macchine Vol. II”, Patron (in Italian);
2. Belingardi G.,  “Il Metodo degli Elementi Finiti nella Progettazione Meccanica”, Levrotto & Bella (in Italian);
3. Zienkiewicz & Taylor, The finite elements method V. 1, Butterworth & Heinemann; (Cap. 17);
4. Cophra A., “Dynamics of Structures Theory and Application”, Prentice Hall;
5. Software Manuals (MATLAB, MSC MARC) ;

Esame orale

Domande riguardo gli argomenti trattati a lezione