MODELLISTICA E SIMULAZIONE DEI SISTEMI MECCANICI

Anno accademico 2026/2027 - Docente: GABRIELE FICHERA

Risultati di apprendimento attesi

Obiettivi e Contenuti Generali del Corso

Il corso ha l'obiettivo di rendere gli studenti autonomi nel processo di creazione e validazione di modelli numerici atti a simulare la dinamica di sistemi meccanici complessi soggetti all'azione di forze variabili nel tempo o campi di forze dipendenti dagli stati del sistema.

Il corso illustra la differenza tra sistemi discreti e continui, portando gli studenti a comprendere l'approccio risolutivo più idoneo per riconoscere e rappresentare numericamente le due tipologie e applicare idonei metodi di discretizzazione implementabili al computer.

I sistemi meccanici oggetto di studio comprendono:

  • Sistemi discreti a parametri concentrati (massa, rigidezza e smorzamento) a n gradi di libertà, quali sospensioni di macchine e di autoveicoli, fenomeni aero-elastici nei profili alari, ecc.
  • Sistemi continui quali funi e travi.
  • Tecniche di discretizzazione del continuo.

Descrittori di Dublino

1. Capacità di applicare conoscenza e comprensione

  • Formulazione e Modellazione: Instaurare la capacità di formulare e creare modelli numerici in grado di simulare la risposta dinamica di sistemi meccanici complessi nel dominio del tempo e della frequenza e di valutarne la stabilità in relazione ai campi di forze applicati.
  • Fondamenti Metodologici: Apprendere i concetti teorici basilari delle tecniche di discretizzazione dei sistemi meccanici.
  • Software e Problem Solving: Sapere utilizzare idonei codici di calcolo (MATLAB®) per risolvere problemi di simulazione complessi inerenti l'analisi e la comparazione di diverse soluzioni progettuali.

2. Autonomia di giudizio / Sbocchi professionali

  • Applicabilità e Sostenibilità: 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 e 12 dell’Agenda 2030 delle Nazioni Unite per lo sviluppo sostenibile.

3. Abilità comunicative e Lavoro di Gruppo

  • Lavoro di Squadra e Progettazione: Capacità di operare efficacemente all'interno di team di lavoro per la realizzazione di elaborati di progetto, sviluppando attitudini alla collaborazione, al coordinamento e alla divisione dei compiti in contesti operativi e complessi.
  • Esposizione e Rendicontazione: Saper presentare e sostenere in modo chiaro, critico e strutturato i risultati dei progetti realizzati in gruppo, interagendo con i componenti del team e con interlocutori esterni.

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 e vibrazioni meccaniche (Indispensabili)

Conoscenza delle equazioni della dinamica Newtoniana (Indispensabili)

Conoscenza dei sistemi di equazioni differenziali del secondo ordine a coefficienti costanti e dei relativi metodi di risoluzione (Importanti)

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 ® (sospensioni; 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 agli 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; esempi applicativi in Matlab ®.

Dinamica dei veicoli stradali: equazioni del moto, moto in rettilineo e in curva, ride-comfort, studio della stabilità del moto in curva.

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.


AutoreTitoloEditoreAnnoISBN
Giorgio Diana, Federico CheliDinamica dei sistemi meccanici vol.1&2Polipress20108873980651
Giorgio Diana, Federico CheliAdvanced Dynamics of Mechanical SystemsSpringer2015978-3-319-18200-1
Giancarlo GentaMeccanica dell'autoveicoloLevrotto & Bella20008882180425
Giancarlo Genta, Lorenzo MorelloThe Automotive Chassis: System Design: Volume 2: System DesignSpringer2009978-1-4020-8675-5

Programmazione del corso

 ArgomentiRiferimenti testi
1ripresa dei sistemi a 1 gdl precedentemente studiati in altri corsi“Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 1: pagg.141-173 .
2identificazione dello smorzamento e smorzamento isteretico“Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 1: pagg.176-181 , . Dispense del docente:Tasselli_rev2022.pdf
3metodi di scrittura delle equazioni lineari per sistemi dinamici a n gdl“Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 1 - pagg. 97-141.
4modi e frequenze proprie sistemi a 2-n gdl“Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 1: pag. 219-224.
5risposta forzata e moto imposto ai vincoli per sistemi a n gdl“Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 1: pag. 225-231.
6tasselli in gomma-metallo e idraulici per il controllo delle vibrazioniDispense del docente:Tasselli_rev2022.pdf
7sistemi di sospensione a 1 e 2 gdl“Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 1: pag. 173-176. Dispense del docente.
8analisi modale“Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 1: pag. 231-260.
9metodi di scrittura delle equazioni per sistemi dinamici non lineari a n gdl“Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 1: pag. 1-6, 12-23.
10ride-comfort del veicolo: modelli Matlab"Meccanica dell'autoveicolo". Dispense del docente.
11modi e frequenze proprie dei sistemi continui: funi“Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 1: pag. 265-277.
12modi e frequenze proprie dei sistemi continui: trave senza e con carico assiale“Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 1: pag. 278-296.
13modi e frequenze proprie dei sistemi continui: moti assiali e torsionali delle travi“Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 1: pag. 296-301.
14principi di base del metodo agli elementi finiti, funzioni di forma per gli elementi fune e trave“Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 1: pag. 341-352.
15assemblaggio delle matrici in un esempio applicativo di fune tesata per linea elettrica aerea“Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 1: pag. 353-373.
16studio della stabilità dei sistemi a 1 e 2 gdl: definizione delle forme di instabilità“Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 2.
17 stabilità dei profili alari a 1 gdl“Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 2.
18stabilità di un sistema a 2gdl non smorzato in un campo di forze posizionali“Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 2.
19stabilità dei profili alari a 2 gdl“Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 2.
20esercizi in Matlab sulla stabilità dei profili alariDispense del docente.
21stabilità di un cuscinetto a lubrificazione idrodinamica“Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 2.
22sistemi per la misura delle vibrazioni, principi di analisi dei segnaliDispense del docente: vibrazioni_misura.pdfFrequency_Analysis.pdf.
23esercizi in Matlab sull'analisi in frequenzaG. Genta, ''meccanica dell'autoveicolo''G. Genta, L.Morello, "The automotive chassis", Volume 2: system design, Springer
24forze agenti sugli autoveicoli stradali"Meccanica dell'autoveicolo''. Dispense del docente.
25forze al contatto pneumatico-strada"Meccanica dell'autoveicolo''. Dispense del docente.
26moto in rettilineo: velocità costante, accelerazione e frenata"Meccanica dell'autoveicolo''. Dispense del docente.
27moto in curva a velocità costante, modello single -track, sotto/sovra sterzo"Meccanica dell'autoveicolo''. Dispense del docente.

Verifica dell'apprendimento

Modalità di verifica dell'apprendimento

Prova scritta e valutazione degli elaborati di corso.

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 uncolloquio 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).

Esempi di domande e/o esercizi frequenti

Tutte le domande sono rese disponibili su: 

http://studium.unict.it