Agli ingegneri specializzati in progettazione e analisi meccanica dei propulsori si affida tipicamente il compito di dare forma ai componenti strutturali e loro sistemi, tenuto conto delle condizioni al contorno poste dal progetto termodinamico e fluidodinamico del motore. In questo contesto essi devono:
- identificare il problema sulla base delle prestazioni richieste, anche in presenza di informazioni non complete;
- descrivere la prestazione del componente meccanico o del sistema di componenti attraverso l’uso di modelli della realtà fisica basati o sull’analisi matematica o su metodi numerici; applicare metodi di soluzione o software scegliendo i procedimenti e gli strumenti più adatti al caso in esame;
- identificare vincoli e limitazioni tenendo conto dei requisiti funzionali, delle sollecitazioni termiche e meccaniche, della resistenza dei materiali disponibili, delle tecnologie che condizionano le effettiva realizzabilità del componente, delle normative applicabili per norma, legge o regolamento;
- definire forma e dimensione del componente meccanico valutandone la capacità di resistere in sicurezza; gestire le procedure di progettazione, interpretare i risultati delle analisi e valutarne le conseguenze al fine di poter assumere la responsabilità di approvare l’impiego del componente;
- proporre modifiche alla forma, dimensione e al materiale del componente o della sua interfaccia con altri componenti al fine di migliorarne le prestazioni nel rispetto delle esigenze di sicurezza;
- saper proporre modalità di sperimentazione per la verifica delle predizioni teoriche e saper interpretare i risultati di sperimentazioni condotte da altri.

Al livello di soglia questo ingegnere deve essere capace di analizzare un componente esistente o di produrre modifiche che consentano di soddisfare requisiti specificati. Applica metodi e utilizza software commerciale secondo specifiche assegnate e sotto la supervisione di un ingegnere più esperto.
Al livello standard professionale questo ingegnere deve essere capace di produrre soluzioni nuove per componenti o sistemi che raggiungano date prestazioni. Deve essere indipendente nel scegliere i metodi appropriati di analisi teorica, numerica e sperimentale.

Il modulo si propone di fornire le conoscenze e le abilità minime necessarie al progetto e alla verifica degli elementi costruttivi delle macchine. Gli argomenti in programma sono selezionati sia per la loro importanza applicativa sia in quanto capaci di mettere in evidenza un esauriente spettro di metodologie e casistiche rappresentative della costruzione delle macchine a livello analitico/progettuale. L’obiettivo è approfondire l'uso dei metodi di calcolo, sviluppando l'abilità a identificare un problema e a risolverlo con un approccio di tipo professionale. Si arriverà sempre ad applicare i criteri di cedimento statico e "a fatica" sui componenti studiati, normalmente costruiti in materiali metallici. Si desidera rendere l’allievo capace di esprimere un giudizio sull’ammissibilità delle tensioni a cui il componente è soggetto. Si desidera inoltre che l’allievo sappia, sulla base delle conoscenze acquisite tramite le lezioni, comprendere, sviluppare e utilizzare il modello matematico del componente al fine di aumentarne le prestazioni tramite opportune scelte della forma, dei materiali, delle condizioni d’impiego. Questo modulo intende infine addestrare lo studente al linguaggio tecnico internazionale proprio del settore e quindi sarà tenuto almeno in parte in lingua inglese.

Per tutti gli argomenti del Programma i risultati di apprendimento attesi sono quindi racchiusi in questi punti:
- riconoscere dell’effetto che distribuzioni di tensioni sul volume di un componente, variazioni delle stesse tensioni nel tempo, condizioni di produzione (difetti, tecnologia) e di esercizio (ambiente di lavoro) hanno, componendosi, sulla resistenza del materiale
- applicare i criteri appropriati di verifica e dei coefficienti di sicurezza
- conoscere e applicare i modelli di riferimento e i criteri di progettazione specifici del componente o del sistema meccanico
- riconoscere o identificare i punti critici di verifica, eseguire le verifiche essenziali
- prendere una decisione progettuale in presenza di esigenze contrastanti
- sapere come mitigare le tensioni dovute ai carichi e i loro effetti ai fini della resistenza
- valutare gli ordini di grandezza dei valori numerici che ragionevolmente l'ingegnere si deve attendere
- conoscere la terminologia internazionale, e in particolare inglese.

L’allievo che accede a questo insegnamento conosce già, e sa utilizzare per le applicazioni nella scienza dei materiali, i tensori di tensione e deformazione e le loro principali proprietà, la rappresentazione grafica (Mohr) dello stato di tensione, il comportamento bi/tri-dimensionale dei materiali elastici, i criteri statici di verifica dei materiali elastici duttili e fragili (criteri della tensione normale massima, della tensione tangenziale massima o di Tresca, della massima energia di distorsione o di Von Mises). Inoltre padroneggia in generale la meccanica delle forze e la dinamica dei corpi rigidi; per quanto riguarda i corpi deformabili in particolare la distribuzione delle caratteristiche di sollecitazione su corpi prismatici (trazione, flessione, torsione) e il relativo calcolo delle tensioni sulle sezioni rette.
È desiderabile che l’allievo disponga di nozioni di base sulla manipolazione di tensori e matrici.
È infine necessaria la comprensione della lingua inglese parlata e scritta a livello di leggere le diapositive che il docente utilizzerà a lezione (saranno frequentemente in inglese) ed estratti da pubblicazioni, da testi scientifici e da manuali.

- Introduzione alla comunicazione tecnica e scientifica
Rassegna degli argomenti del programma. Visita al laboratorio LAQ-AERMEC. (lez. 3 ore)
- Riesame dei criteri per la resistenza statica dei materiali metallici isotropi
Verifica statica di un albero di trasmissione di gearbox
Criteri per la stesura di una relazione tecnica (eserc. 6 ore)
- Criteri per l’interpretazione del comportamento a fatica dei materiali, per la scelta dei parametri che governano la fatica, per la determinazione sperimentale dei loro valori. Criteri di passaggio dai parametri di riferimento ottenuti sperimentalmente alle situazioni di maggiore complessità che si trovano presenti negli oggetti costruiti
Verifica a fatica di un elemento di trasmissione di gearbox (lez. ed eserc. 12 ore)
- Collegamenti tramite viti: distribuzione dei carichi tra vite e madrevite, montaggio e interferenza vite/pezzo, ripartizione del carico, verifica di resistenza della vite
Applicazione a un collegamento asta/stantuffo di un cilindro idraulico
Applicazione a un collegamento tra dischi e albero di una turbina di bassa pressione (lez. ed eserc. 12 ore)
- Calcolo elastico di dischi rotanti di compressore o turbina; cenni ai dischi di uniforme resistenza, dischi rotanti a profilo costante; analogie con il calcolo dei tubi spessi in campo sia elastico sia plastico e degli accoppiamenti forzati per interferenza.
Applicazione a un accoppiamento forzato per trasmissione di coppia.
Applicazione a un disco reale di compressore o turbina a profilo variabile, e relativi criteri di verifica. (lez. ed eserc. 13,5 ore)
- Teoria dei contatti Hertziani: analisi approfondita della teoria di Hertz e conseguenze per le pressioni di contatto e per lo stato di sollecitazione, statico e a fatica. Teoria di base della fatica a rotolamento.
Applicazione ad alcuni contatti tipici e determinazione delle condizioni di resistenza. (lez. ed eserc. 10,5 ore)
- Cuscinetti a rotolamento: distribuzione dei carichi tra corpi rotolanti per cuscinetti radiali e obliqui, analisi delle tensioni al contatto sulle piste.
Limiti statici e applicazione dei criteri di Palmgren-Weibull per la fatica di rotolamento.
Giustificazione delle formule di verifica statica e a fatica secondo i manuali.
Applicazione a un cuscinetto ad alta velocità (lez. ed eserc. 12 ore)
- Ingranaggi ad evolvente, diritti ed elicoidali: geometria, spostamento dei profili, interferenza, resistenza a fatica e a contatto (lez. ed eserc. 13,5 ore)
- Applicazioni: dimensionamenti di ruote per gearbox avio
- A disposizione per integrazioni e recuperi (lez. 1,5 ore)

Alle ore di lezione corrisponde un uguale numero di ore di esercitazioni strettamente collegate alle lezioni, durante le quali l’allievo viene esposto a raccolte di problemi o a piccoli progetti atti a svilupparne le abilità di applicare la teoria nel contesto dei problemi come questi si presentano in pratica. Vengono fornite e illustrate tracce di svolgimento ma non vengono svolti problemi alla lavagna. Si chiede invece agli allievi di organizzarsi in gruppi di massimo tre allievi. A ogni gruppo viene fornito un fascicolo per ogni esercitazione da svolgere. Ciascun gruppo redige relazioni da portare all’esame, in cui sono raccolti svolgimento e risultati.
Viene fornita assistenza continua in aula da parte di un esercitatore e, in misura limitata, del docente.
È consigliato l’uso di EXCEL o di MATLAB, è richiesto l’uso di strumenti di disegno. Di norma per ogni ora di esercitazione in aula l’allievo deve prevedere, nell’ambito dei crediti assegnati – corrispondenti a un totale 200÷240 ore di impegno totale, preparazione all’esame inclusa - da una a due ore di lavoro personale a casa per completamenti.

Poiché questo modulo di insegnamento è una particolare sintesi di molti aspetti della costruzione di macchine applicata alla propulsione aeronautica, è stato sviluppato materiale didattico apposito che non coincide con testi disponibili sul mercato. A questi si fa comunque esplicito riferimento nel materiale fornito, dove vengono consigliati testi per approfondimenti.
Lezioni: le dispense (in inglese), stampati delle diapositive utilizzate a lezione, vengono messe a disposizione agli studenti iscritti all’insegnamento sul portale della didattica.
Esercitazioni: testi di problemi proposti, schede tecniche, sintesi da norme e manuali, (normalmente in inglese) vengono forniti dagli esercitatori in aula. Vengono, in seguito, messi a disposizione anche sul portale della didattica. Gli esercitatori forniscono inoltre, in aula, e tracce scritte di soluzione.

Esiste il solo esame finale, che accerta l’acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese tramite lo svolgimento di una prova scritta della durata di 2,5 ore senza l'aiuto di appunti o libri. La prova scritta consiste di 3 quesiti, 2 domande di teoria e 1 esercizio. Le domande corrispondono ciascuna a un capitolo scelto tra quelli della teoria esposta a lezione, l’esercizio a un problema di calcolo affine a quelli sviluppati dalle esercitazioni. Ogni quesito consente di ottenere un massimo di 8 punti. Per essere ammessi a sostenere la prova orale è necessario ottenere nella prova scritta un punteggio minimo di 14 punti con un minimo di 4 punti per ciascun quesito.

Dopo la correzione degli scritti l’allievo viene convocato per una prova orale. Questa consiste in:
- una revisione della prova scritta in cui gli esaminatori informano l’allievo sui criteri di correzione, ricevono eventuali precisazioni dell’allievo e decidono se modificare il giudizio
- un approfondimento orale, con il docente, volto ad accertare la capacità di sintesi delle conoscenze acquisite (max ulteriori 4 punti)
- una discussione, con l’esercitatore, di parti della relazione delle esercitazioni che lo studente ha raccolto in un fascicolo personale da produrre al momento della prova orale (max ulteriori 4 punti).