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Esercitazioni

Seminari

� Presentate dal docente

Lezioni� Nuovo ordinamento: 60 ore

� Eseguite in aula dagli studenti

� Vecchio ordinamento: 90 ore

Acquisire i principi e le metodologie che siimpiegano nella moderna ingegneria per laprogettazione strutturale e funzionale delle

macchine e dei sistemi meccanici.

Acquisire le conoscenze propedeutiche alletematiche che saranno trattate in corsi successivi:

� progettazione assistita da calcolatore (CAE);� progettazione affidabilistica dei sistemi meccanici;� metodi di ottimizzazione strutturale;� progettazione integrata di prodotto e processo� costruzioni automobilistiche.

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Costruzionedi macchine

Disegno dimacchine

Meccanicaapplicata

Tecnologiameccanica

Metallurgia

Scienza dellecostruzioni

Conoscenze propedeutiche Conoscenze integrative

Misure

J. A. CollinsFailure of Materials in Mechanical DesignEd. John Wiley & Sons

Robert L. NortonMachine Design - An Integrated ApproachEd. Prentice-Hall Inc.

David BroekThe Practical use of Fracture MechanicsEd. Kluwer Academic Publishers

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Giovanni SantucciDispense del Corso di Costruzione di Macchine

Carlo BruttiIntroduzione alla progettazione meccanicaEd. Levrotto & Bella - Torino

Piermaria Davoli et AliiCostruzione di macchine 1Ed. McGraw Hill

Umberto PighiniElementi Costruttivi delle MacchineEd. ESA - Roma

Antonio GugliottaIntroduzione alla Meccanica della Fratturalineare elasticaEd. Levrotto & Bella - Torino

R. C. Juvinall, K. M. MarshekFondamenti della Progettazionedei Componenti delle MacchineEdizioni ETS

Giovanni BelingardiCalcolo e progetto di macchine (vol. I)Ed. Levrotto & Bella - Torino

Giancarlo GentaCalcolo e progetto di macchine (vol. II)Ed. Levrotto & Bella - Torino

Autori VariPrincipi e metodologie della progettazionemeccanica (vol. III e IV)Ed. Levrotto & Bella - Torino

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G. Castellani V. ZanottiLa resistenza degli ingranaggiEd. Tecniche nuove - Milano

G. HenriotIngranaggiTrattato teorico e pratico - Volumi 1 e 2Ed. Tecniche nuove - Milano

A. K. Thomas W. CharchutIngranaggiTeoria, calcolo, disegnoEd. Tecniche nuove - Milano

Pietro Paolo MilellaMeccanica della Fratturalineare elastica ed elasto-plasticaEd. Ansaldo Nucleare

T. L. AndersonFracture MechanicsFondamentals and ApplicationsEd. CRC Press

H. O. Fuchs, R. I. StephensMetal Fatigue in EngineeringEd. John Wiley & Sons

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J. ChakrabartyApplied PlasticityEd. Springer

Laura VerganiMeccanica dei materialiEd. McGraw Hill

Warren C. YoungROARK’SFormulas for Stress & StrainEd. McGraw Hill - International Editions

Walter D. PilkeyStress, Strain and Structural Matrices Ed. John Wiley & Sons

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Gran parte delle immagini presentate durante ilcorso sono disponibili sul sito internet:

Sul sito si trovano anche testi di esercizi,programmi dei corsi ed indicazioni bibliografiche

gestito dal gruppo di Costruzione di macchinedelle Università di Ancona e di Roma “La Sapienza”

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a bcd

Le

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x

y

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x

y

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Procedure di progetto o verificadi componenti strutturali delle macchine

Analisi del comportamento meccanico deimateriali in relazione all’impiego negli elementi

costruttivi delle macchine

1° parte:

2° parte:

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Procedure di progetto o verificadi componenti strutturali delle macchine

1° parte:

2° parte:

Analisi del comportamento meccanico deimateriali in relazione all’impiego negli elementi

costruttivi delle macchine

La valutazione dei limiti di impiego dei materialiè condotta dal punto di vista del progettista.

Si vuol dare una risposta alla domanda:quali dimensioni deve avere il componente in esame

e quale materiale deve essere impiegato per costruirlo perché risponda alle specifiche?

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Lo studio delle condizioni limite di sollecitazionedi un componente meccanico richiede:

� l’analisi dello stato di tensione e di deformazione del componente (che può essere teorica o sperimentale);

� un opportuno modello di comportamento del materiale in relazione alla modalità di danneggiamento prevalente, tra quelle prevedibili per il componente in esame;

� la disponibilità di dati sperimentali delle caratteristiche dei materiali;

� un criterio di confronto tra i dati del materiale ed i risultati dell’analisi tensionale del componente.

Rispetto alla condizione limite l’ingegnere progettistastabilisce un margine di sicurezzache definisce la condizione ammissibile.

max

LimiteσσXS =

Coefficiente di sicurezza =Sollecitazione limite del materiale

Sollecitazione massima di lavoro

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p

σσσσσσσσ di lavoro

Coefficiente di sicurezza

ΤΤΤΤR del materiale

Xs =σσσσR /σσσσ

L’area rappresenta laprobabilità di rottura

Dispersione σσσσ = sollecitazione

Coefficiente di sicurezza

L’area rappresenta laprobabilità di rottura

Dispersione σσσσ = sollecitazione

p

σσσσσσσσ di lavoro σσσσR del materiale

Xs =σσσσR /σσσσIl coefficientedi sicurezzaè lo stessodel caso

precedentema l’area,

cioè laprobabilità di

rottura, èmolto minore

Situazione di minore dispersione

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Coefficiente di sicurezza

L’area rappresenta laprobabilità di rottura

Dispersione σσσσ = sollecitazione

Oppure,a parità di

probabilità dirottura,

il coefficientedi sicurezza

è minore

p

σσσσσσσσ di lavoro σσσσR del materiale

Xs =σσσσR /σσσσ

Situazione di minore dispersione

Che si intende per modello di comportamento del materiale?

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Comportamentoelastico

ContattoPressione superficiale

Comportamento a frattura

Fatica ad alto numero di cicli Fatica oligociclica

Scorrimento viscoso Usura

Comportamento dinamico UrtiCarichi impulsivi

Comportamento plastico

lineare - non lineare

Nu + VeOrd

VeOrd

ContattoPressione superficiale

Comportamento a frattura

Fatica ad alto numero di cicli Fatica oligociclica

Scorrimento viscoso Usura

Comportamento dinamico UrtiCarichi impulsivi

Comportamento plastico

Comportamentoelasticolineare - non lineare

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Analisi del dannoAnalisi del danno((Failure analysisFailure analysis))

Agenti che inducono dannoAgenti che inducono danno

Per comprendere il limite di impiego del materiale ènecessario definire il concetto di “danno” (failure)

�Stazionaria�Transitoria�Ciclica�Random

�Molto breve�Breve�Lungo

�Bassa�Ambiente�Elevata

�Stazionaria�Transitoria�Ciclica�Random

�Chimico�Nucleare

Azione localizzata, pressione,deformazione termica,effetti inerziali...

ForzaForza

TempoTempo

TemperaturaTemperatura

Ambiente reattivoAmbiente reattivo

Agenti che inducono dannoAgenti che inducono danno

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Localizzazione del dannoLocalizzazione del danno

InternoInterno SuperficialeSuperficiale

�Deformazione / Tensione elastica� indotte da carichi statici o dinamici� indotte da dilatazioni termiche

�Superamento del limite elastico - deformazione permanente

�Collasso plastico

�Rottura duttile o fragile

�Eccessiva pressione superficiale

�Propagazione stabile / instabile di fratture

�Fatica � ad alto numero di cicli� oligociclica� termica� superficiale

�Corrosione

Classificazione del dannoClassificazione del danno

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Classificazione del dannoClassificazione del danno

�Scorrimento viscoso (creep)� tempo lungo (temperature medio alte)� tempo breve (“rottura da stress” - temperature altissime) � rilassamento termico

�Usura� adesiva� abrasiva

�Shock meccanico - Impatto

�Fretting

�Shock termico

�Instabilità elastica / elastoplastica (Buckling)

�Danneggiamento da radiazione

Effetti combinatiEffetti combinatiSinergia di danneggiamentoSinergia di danneggiamento

�Fatica / Corrosione

�Fretting / Corrosione

�Creep / Fatica

�Buckling / Creep

�Tensione / Corrosione

�Impatto / Fatica

�....

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Procedure di progetto o verificadi componenti strutturali delle macchine

1° parte:

2° parte:

Analisi del comportamento meccanico deimateriali in relazione all’impiego negli elementi

costruttivi delle macchine

Il dimensionamento è condotto sulla base del danneggiamentoche ha maggiore probabilità di verificarsi nelle condizioni operative

Il progetto di un organo meccanico consiste nella determinazionedella forma e delle dimensioni, nella scelta dei materiali e dellatecnologia di costruzione, in modo che esso sia in grado diresistere alle sollecitazioni previste dalla specifica di progetto.

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Nella seconda parte del corso saranno studiatialcuni tra i principali componenti delle macchine,

analizzandone l’architetturae le procedure di progetto o di verifica.

Collegamenti fissi e smontabili

Ingranaggi

Trasmissioni conflessibili

Cuscinetti

Assi ed alberi

Molle

Palette di turbine e compressori

Freni ed Innesti

�Dischi�Piastre circolari�Tubi�Serbatoi

Componenti assialsimmetrici

Piastre e gusci

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�Dischi�Piastre circolari�Tubi�Serbatoi

Componenti assialsimmetrici

Piastre e gusci

Assi ed alberi

Ingranaggi

Trasmissioni conflessibili

Molle

Cuscinetti

Freni ed Innesti

Collegamenti fissi e smontabili

Palette di turbine e compressori

Nu + VeOrd

VeOrd