MODELING AND SIMULATION OF MECHANICAL SYSTEMS
Anno accademico 2022/2023 - Docente: Gabriele FICHERARisultati di apprendimento attesi
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 (39 ore), laboratorio didattico Matlab (46 ore), laboratorio di meccanica delle vibrazioni (6 ore).
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; 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.
| 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 | assorbitore dinamico | “Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 1: pag. 209-218. |
| 10 | metodi di scrittura delle equazioni per sistemi dinamici non lineari a n gdl | “Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 1: pag. 1-6, 12-23. |
| 11 | ride-comfort del veicolo: modelli Matlab | "Meccanica dell'autoveicolo". Dispense del docente. |
| 12 | modi e frequenze proprie dei sistemi continui: funi | “Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 1: pag. 265-277. |
| 13 | modi e frequenze proprie dei sistemi continui: trave senza e con carico assiale | “Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 1: pag. 278-296. |
| 14 | modi e frequenze proprie dei sistemi continui: moti assiali e torsionali delle travi | “Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 1: pag. 296-301. |
| 15 | 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. |
| 16 | assemblaggio delle matrici in un esempio applicativo di fune tesata per linea elettrica aerea | “Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 1: pag. 353-373. |
| 17 | studio della stabilità dei sistemi a 1 e 2 gdl: definizione delle forme di instabilità | “Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 2. |
| 18 | stabilità dei profili alari a 1 gdl | “Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 2. |
| 19 | stabilità di un sistema a 2gdl non smorzato in un campo di forze posizionali | “Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 2. |
| 20 | stabilità dei profili alari a 2 gdl | “Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 2. |
| 21 | esercizi in Matlab sulla stabilità dei profili alari | Dispense del docente. |
| 22 | stabilità di un cuscinetto a lubrificazione idrodinamica | “Dinamica dei sistemi meccanici”, vol. 2. |
| 23 | sistemi per la misura delle vibrazioni, principi di analisi dei segnali | Dispense del docente: vibrazioni_misura.pdfFrequency_Analysis.pdf. |
| 24 | esercizi in Matlab sull'analisi in frequenza | G. Genta, ''meccanica dell'autoveicolo''G. Genta, L.Morello, "The automotive chassis", Volume 2: system design, Springer |
| 25 | forze agenti sugli autoveicoli stradali | "Meccanica dell'autoveicolo''. Dispense del docente. |
| 26 | forze al contatto pneumatico-strada | "Meccanica dell'autoveicolo''. Dispense del docente. |
| 27 | moto in rettilineo: velocità costante, accelerazione e frenata | "Meccanica dell'autoveicolo''. Dispense del docente. |
| 28 | 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, valutazione degli elaborati di corso.
La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.
Esempi di domande e/o esercizi frequenti
disponibili su:
http://studium.unict.it