MODELLISTICA E SIMULAZIONE DEI SISTEMI MECCANICI
Anno accademico 2026/2027 - Docente: GABRIELE FICHERARisultati 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.
| Autore | Titolo | Editore | Anno | ISBN |
|---|---|---|---|---|
| Giorgio Diana, Federico Cheli | Dinamica dei sistemi meccanici vol.1&2 | Polipress | 2010 | 8873980651 |
| Giorgio Diana, Federico Cheli | Advanced Dynamics of Mechanical Systems | Springer | 2015 | 978-3-319-18200-1 |
| Giancarlo Genta | Meccanica dell'autoveicolo | Levrotto & Bella | 2000 | 8882180425 |
| Giancarlo Genta, Lorenzo Morello | The Automotive Chassis: System Design: Volume 2: System Design | Springer | 2009 | 978-1-4020-8675-5 |
Programmazione del corso
| Argomenti | Riferimenti testi | |
|---|---|---|
| 1 | ripresa dei sistemi a 1 gdl precedentemente studiati in altri corsi | “Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 1: pagg.141-173 . |
| 2 | identificazione dello smorzamento e smorzamento isteretico | “Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 1: pagg.176-181 , . Dispense del docente:Tasselli_rev2022.pdf |
| 3 | metodi di scrittura delle equazioni lineari per sistemi dinamici a n gdl | “Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 1 - pagg. 97-141. |
| 4 | modi e frequenze proprie sistemi a 2-n gdl | “Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 1: pag. 219-224. |
| 5 | risposta forzata e moto imposto ai vincoli per sistemi a n gdl | “Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 1: pag. 225-231. |
| 6 | tasselli in gomma-metallo e idraulici per il controllo delle vibrazioni | Dispense del docente:Tasselli_rev2022.pdf |
| 7 | sistemi di sospensione a 1 e 2 gdl | “Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 1: pag. 173-176. Dispense del docente. |
| 8 | analisi modale | “Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 1: pag. 231-260. |
| 9 | metodi di scrittura delle equazioni per sistemi dinamici non lineari a n gdl | “Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 1: pag. 1-6, 12-23. |
| 10 | ride-comfort del veicolo: modelli Matlab | "Meccanica dell'autoveicolo". Dispense del docente. |
| 11 | modi e frequenze proprie dei sistemi continui: funi | “Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 1: pag. 265-277. |
| 12 | modi e frequenze proprie dei sistemi continui: trave senza e con carico assiale | “Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 1: pag. 278-296. |
| 13 | modi e frequenze proprie dei sistemi continui: moti assiali e torsionali delle travi | “Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 1: pag. 296-301. |
| 14 | principi 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. |
| 15 | assemblaggio delle matrici in un esempio applicativo di fune tesata per linea elettrica aerea | “Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 1: pag. 353-373. |
| 16 | studio 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. |
| 18 | stabilità di un sistema a 2gdl non smorzato in un campo di forze posizionali | “Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 2. |
| 19 | stabilità dei profili alari a 2 gdl | “Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 2. |
| 20 | esercizi in Matlab sulla stabilità dei profili alari | Dispense del docente. |
| 21 | stabilità di un cuscinetto a lubrificazione idrodinamica | “Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 2. |
| 22 | sistemi per la misura delle vibrazioni, principi di analisi dei segnali | Dispense del docente: vibrazioni_misura.pdfFrequency_Analysis.pdf. |
| 23 | esercizi in Matlab sull'analisi in frequenza | G. Genta, ''meccanica dell'autoveicolo''G. Genta, L.Morello, "The automotive chassis", Volume 2: system design, Springer |
| 24 | forze agenti sugli autoveicoli stradali | "Meccanica dell'autoveicolo''. Dispense del docente. |
| 25 | forze al contatto pneumatico-strada | "Meccanica dell'autoveicolo''. Dispense del docente. |
| 26 | moto in rettilineo: velocità costante, accelerazione e frenata | "Meccanica dell'autoveicolo''. Dispense del docente. |
| 27 | moto 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