L'obiettivo generale dell'insegnamento è di fornire agli studenti conoscenze avanzate e capacità di comprensione riguardanti la progettazione di componenti meccanici di interesse nell'ambito dell'ingegneria elettrica. Dal punto di vista del calcolo si fa ricorso prevalentemente al metodo degli elementi finiti per la sua generalità di applicazione a vari ambiti ingegneristici. Specificamente, i componenti meccanici presi in considerazione sono gli alberi, in campo statico e dinamico, e i dischi rotanti. Nella trattazione dei vari argomenti si cura l'acquisizione e la padronanza, da parte degli studenti, del linguaggio tipico della progettazione meccanica.

Le conoscenze e la capacità di comprensione che gli studenti devono acquisire da questo insegnamento sono individuabili nell'approfondimento della preparazione interdisciplinare riferita ad argomenti caratteristici della progettazione dei componenti meccanici quali lo stato delle tensioni e delle deformazioni dei solidi tridimensionali e assialsimmetrici, le vibrazioni dei sistemi a molti gradi di libertà, la dinamica dei sistemi meccanici rotanti, il metodo degli elementi finiti. Le capacità di applicare conoscenza e comprensione conseguite dai laureati magistrali nell'ambito di questo insegnamento riguardano le specificità del linguaggio della progettazione meccanica nella trattazione di sistemi elettromeccanici mediante un approccio interdisciplinare, la modellazione, il calcolo e l'interpretazione dei risultati ottenuti da programmi di simulazione numerica (essenzialmente gli elementi finiti) applicati a componenti meccanici in campo statico e dinamico.
Relativamente alle abilità comunicative, l'insegnamento contribuisce a conferire al laureato magistrale in ingegneria elettrica l'abilità di interagire proficuamente con persone aventi competenze tecniche e scientifiche diverse (segnatamente, di carattere meccanico) favorendo in tal modo l'efficacia delle attività svolte da un gruppo di lavoro di composizione mista.

È necessario che gli studenti possiedano il concetto di equilibrio statico e dinamico di un sistema meccanico e che conoscano le problematiche relative allo stato delle tensioni e delle deformazioni dei solidi elastici, con particolare riferimento al solido di Saint-Venant (trave). Questo implica che gli studenti abbiano dimestichezza con argomenti quali il comportamento meccanico dei materiali, le caratteristiche di sollecitazione, le tensioni principali, le ipotesi di rottura e le oscillazioni libere e forzate dei sistemi a un grado di libertà. Sono richieste le seguenti specifiche abilità: analisi della resistenza statica (verifica e dimensionamento) di strutture riconducibili a travi o sistemi semplici di travi, determinazione della risposta libera e forzata di sistemi meccanici vibranti riconducibili all'oscillatore armonico.

Stato tridimensionale delle tensioni e delle deformazioni. Le equazioni differenziali di equilibrio e di compatibilità della teoria dell'elasticità [4 h]. Stato delle tensioni e delle deformazioni nei solidi assialsimmetrici. Dischi rotanti di spessore costante sottoposti a campo centrifugo, gradiente radiale di temperatura, carichi radiali applicati ai bordi. Il metodo di Grammel per dischi di profilo arbitrario [6 h].
Equilibrio statico dei sistemi discreti, matrici di rigidezza e di flessibilità, matrici di rigidezza e vettori dei carichi equivalenti degli elementi asta e trave, assemblaggio di elementi in serie, imposizione dei vincoli, soluzione [5 h].
Formulazione generale degli elementi finiti mediante il principio dei lavori virtuali. Elementi piani a 3 e a 4 nodi, cenni sugli elementi piani di ordine superiore. Requisiti di completezza e di compatibilità, criteri per la definizione dei modelli, h-convergenza [6 h].
Oscillazioni libere e forzate di sistemi discreti. Problema agli autovalori: frequenze proprie e modi di vibrare, soluzione mediante elementi finiti asta e trave, matrici delle masse secondo gli approcci lumped e consistent [7 h].
Dinamica dei rotori: risposta libera e forzata del rotore di Jeffcott, significato fisico della velocità critica. Estensione al caso di sistemi rotanti a molti gradi di libertà, effetti giroscopici [4 h].

Oltre alle lezioni in aula, sono previste attività di esercitazione.
Per la parte di Statica le esercitazioni in aula sono basate sullo svolgimento di esercizi sul calcolo di resistenza dei dischi rotanti, mediante integrazione delle equazioni della teoria dell’elasticità, e sulla resistenza statica degli alberi, mediante il calcolo matriciale delle strutture; per entrambi i componenti sono prese in esame varie combinazioni di carichi meccanici e termici [10 h].
Per la parte di Dinamica delle macchine nelle esercitazioni in aula si studiano la risposta libera e forzata di alberi vibranti mediante modelli con un numero ridotto di elementi finiti asta e trave; tale studio è poi esteso al caso delle oscillazioni flessionali degli alberi rotanti, con particolare riferimento al fenomeno delle velocità critiche [8 h].

Per i richiami sulle nozioni di base di Fondamenti di meccanica strutturale si propone come testo di consultazione: F. A. Raffa, Fondamenti di meccanica strutturale, CLUT, 2008.
Per approfondimenti sugli elementi finiti e sulla meccanica delle vibrazioni si propongono i testi:
G. Belingardi, Il metodo degli elementi finiti nella progettazione meccanica, Levrotto & Bella, Torino, 1996.
A. Fasana, S. Marchesiello, Meccanica delle vibrazioni, CLUT, 2006.
È inoltre disponibile materiale didattico predisposto dal docente. In particolare, attraverso il portale della didattica, sono messi a disposizione degli studenti appunti su teoria dell'elasticità, stato delle tensioni e delle deformazioni nei solidi assialsimmetrici, resistenza dei dischi rotanti, elementi finiti, elementi di meccanica delle vibrazioni. È disponibile online anche il materiale relativo alle esercitazioni (testi e soluzioni degli esercizi).

L'esame si basa su una prova scritta della durata di due ore articolata su due parti svolte separatamente (esercizi numerici e quesiti di carattere teorico). Nella prova scritta si deve conseguire un voto di almeno 18/30, calcolato come media aritmetica dei voti dei singoli esercizi e quesiti teorici, per potere accedere al colloquio orale durante il quale gli studenti prendono visione dell’elaborato scritto e di tutti i dettagli relativi alle correzioni del docente. In generale, il voto d’esame coincide con la valutazione della prova scritta.