Lo scopo dell'insegnamento è quello di fornire le metodologie avanzate ed i criteri per il progetto ed il calcolo di organi delle macchine e le abilità necessarie per la progettazione di gruppi e sistemi meccanici.
Gli argomenti trattati sono:
- la meccanica della frattura,
- la fatica in controllo di deformazione,
- metodologie di calcolo di piastre e gusci,
- il calcolo delle sollecitazioni di corpi a contatto in un punto o lungo una linea (teoria di Hertz),
- la progettazione delle ruote dentate.
Sarà anche richiesta la realizzazione di un progetto di un gruppo meccanico, da svolgere in piccoli gruppi, che potrà richiedere anche l'applicazione di conoscenze di aree culturali diverse (macchine elettriche , materiali, progettazione funzionale, etc.).

Conoscenza e comprensione dei meccanismi di collasso in presenza di difetti, in presenza di temperature e sollecitazioni cicliche elevate.
Conoscenza delle metodologie di calcolo e i criteri di progetto di piastre e gusci.
Conoscenza dei principali risultati della teoria di Hertz per il calcolo delle sollecitazioni in corpi a contatto in un punto o lungo una linea.
Conoscenza delle metodologie di calcolo delle ruote dentate.

Capacità di effettuare valutazioni sulla pericolosità di difetti e sulla loro propagazione.
Capacità di valutare la resistenza dei materiali in presenza di temperature elevate.
Capacità di effettuare calcoli di resistenza a fatica in controllo di deformazione.
Capacità di effettuare il calcolo delle sollecitazioni in piastre e gusci e degli effetti di bordo.
Capacità di applicare la teoria di Hertz al dimensionamento e alla verifica.
Capacità di progettare e verificare ruote dentate normali e corrette.
Capacità di sintesi progettuale e di integrazione di conoscenze di aree culturali diverse.
Capacità di effettuare scelte autonome.
Capacità di lavoro in gruppo.

Capacità di utilizzare sistemi CAD.
Capacità di eseguire l'analisi cinematica di semplici meccanismi. Capacità di eseguire il calcolo delle sollecitazioni in semplici componenti meccanici ed effettuare verifiche statiche e a fatica in controllo di tensione; conoscenza delle caratteristiche dei materiali e dei principali trattamenti termici.
Capacità di eseguire il dimensionamento e la verifica di elementi meccanici e collegamenti (in particolare assi e alberi, collegamenti albero mozzo, cuscinetti volventi, molle, collegamenti filettati e saldati).
Conoscenze delle caratteristiche di funzionamento di macchine a fluido e motori elettrici.

Presentazione

Lo scopo dell'insegnamento è quello di fornire le metodologie avanzate ed i criteri per il progetto ed il calcolo di organi delle macchine e le abilità necessarie per la progettazione di gruppi e sistemi meccanici.
Gli argomenti trattati sono:
- la meccanica della frattura,
- la fatica in controllo di deformazione,
- metodologie di calcolo di piastre e gusci,
- il calcolo delle sollecitazioni di corpi a contatto in un punto o lungo una linea (teoria di Hertz),
- la progettazione delle ruote dentate.
Sarà anche richiesta la realizzazione di un progetto di un gruppo meccanico, da svolgere in piccoli gruppi, che potrà richiedere anche l'applicazione di conoscenze di aree culturali diverse (macchine elettriche , materiali, progettazione funzionale, etc.).


Conoscenze e abilità da acquisire
Conoscenza e comprensione dei meccanismi di collasso in presenza di difetti, in presenza di temperature e sollecitazioni cicliche elevate.
Conoscenza delle metodologie di calcolo e i criteri di progetto di piastre e gusci.
Conoscenza dei principali risultati della teoria di Hertz per il calcolo delle sollecitazioni in corpi a contatto in un punto o lungo una linea.
Conoscenza delle metodologie di calcolo delle ruote dentate.

Capacità di effettuare valutazioni sulla pericolosità di difetti e sulla loro propagazione.
Capacità di valutare la resistenza dei materiali in presenza di temperature elevate.
Capacità di effettuare calcoli di resistenza a fatica in controllo di deformazione.
Capacità di effettuare il calcolo delle sollecitazioni in piastre e gusci e degli effetti di bordo.
Capacità di applicare la teoria di Hertz al dimensionamento e alla verifica.
Capacità di progettare e verificare ruote dentate normali e corrette.
Capacità di sintesi progettuale e di integrazione di conoscenze di aree culturali diverse.
Capacità di effettuare scelte autonome.
Capacità di lavoro in gruppo.
Prerequisiti

Capacità di utilizzare sistemi CAD.
Capacità di eseguire l'analisi cinematica di semplici meccanismi. Capacità di eseguire il calcolo delle sollecitazioni in semplici componenti meccanici ed effettuare verifiche statiche e a fatica in controllo di tensione; conoscenza delle caratteristiche dei materiali e dei principali trattamenti termici.
Capacità di eseguire il dimensionamento e la verifica di elementi meccanici e collegamenti (in particolare assi e alberi, collegamenti albero mozzo, cuscinetti volventi, molle, collegamenti filettati e saldati).
Conoscenze delle caratteristiche di funzionamento di macchine a fluido e motori elettrici.

Programma

Calcolo delle sollecitazioni di corpi a contatto (teoria di Hertz)
Problema del contatto localizzato tra corpi solidi: teoria di Hertz; ipotesi; risultati della teoria: area di contatto; pressione di contatto; tensioni ideali. Casi particolari sfera-sfera, cilindro-cilindro. Contatto sfera pista per cuscinetto a sfere; formula di Stribeck. Calcolo a durata dei cuscinetti; coefficiente di carico statico e dinamico; carico equivalente statico e dinamico.

Ruote dentate
Ruote dentate: riepilogo della geometria; proporzionamento normale e unificato; Dentiera normalizzata, ruota normalizzata, segmento di ingranamento; rapporto di ingranamento. Calcolo dello strisciamento specifico; ingranamento dentiera-ruota. correzione delle ruote dentate; correzione simmetrica: calcolo delle caratteristiche geometriche del dente. Calcolo di resistenza delle dentature: verifica a flessione e alla massima pressione specifica; verifica al grippaggio secondo Almen.

Meccanica della frattura lineare elastica
La meccanica della frattura nella progettazione meccanica, Fattore di intensificazione delle tensioni, tenacità alla frattura. Teoria di Griffith. Equazioni di Westergaard, Esempi di calcolo del fattore di intensificazione delle tensioni, stato di deformazione all’apice del difetto, calcolo del raggio plastico, validità della MFLE. Tenacità alla frattura, prove sperimentali. Caratterizzazione dei difetti. Calcolo di progetto e verifica statica. Calcolo della propagazione del difetto: legge di Paris. Carico ad ampiezza costante. effetto della tensione media. Propagazione del difetto ad ampiezza variabile. Calcolo di propagazione del difetto in presenza di carichi random, spettri di carico.

Fatica in controllo di deformazione
Fatica a basso numero di cicli. prove a controllo di deformazione, relazione tensione deformazione monotona, cicli di isteresi, equazione tensione deformazione ciclica, strain hardening e strain softening, relazione deformazione-durata, modello a quattro parametri, effetto della tensione media: equazione di Morrow e di Smith-Watson-Topper. Metodi di predizione della durata, danneggiamento.
Fatica dei materiali e stato di tensione triassiale

Piastre e gusci
Teoria delle piastre inflesse. Sistemi di riferimento, ipotesi di base, stato di tensione e deformazione, relazioni tensione deformazioni, carichi per unità di lunghezza, equilibrio delle forze, equazioni risolutive.
Piastre assialsimmetriche, sistema di riferimento, stato di tensione e deformazione, carichi distribuiti e concentrati, piastre con e senza foro, esempi di soluzione analitica.
Teoria dei gusci assialsimmetrici in campo membranale. Verifica e progetto.

Testi e materiale didattico (Prof. G. Belingardi)

Bibliografia
Appunti del corso.
R.C. Juvinall, K.M. Marshek, Fondamenti della progettazione dei componenti delle macchine, Edizioni ETS Pisa
J. E. Shigley, Mechanical engineering design, Mc Graw-Hill International Student ed. III ed.
J. A. Collins, Failure of materials in mechanical design, J. Wiley.
A. Gugliotta, Introduzione alla meccanica della frattura lineare elastica, Levrotto&Bella
H.O. Fuchs, R.I. Stephens, Metal fatigue in engineering, Wiley
D. Broek, Elementary engineering fracture mechanics, Martinus Nijhoff Publishers, IV ed.
S. T. Rolfe, J. M. Barsom, Fracture and fatigue control in structures, Prentice- Hall
S. Timoshenko, S. Woinowsky- Krieger, Theory of plates and shells, McGraw- Hill