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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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x
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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
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