L'insegnamento si propone di fornire agli allievi le conoscenze di base necessarie per la verifica ed il progetto strutturale in campo dinamico. Tale scopo viene perseguito trattando in dettaglio i metodi di calcolo e di verifica, con particolare riguardo ai metodi numerici attualmente più diffusi nella pratica professionale, senza peraltro trascurare di fornire agli allievi quelle nozioni teoriche più generali che sole permettono di acquisire la maturità tecnica necessaria per operare in un ambiente dinamico ed aperto alle innovazioni. Una parte del corso è dedicato all’analisi dinamica delle macchine rotanti e del motori alternativi.

Lo studente deve apprendere i fondamenti della dinamica delle vibrazioni meccaniche e dei metodi analitici e numerici più comunemente utilizzati. Deve inoltre essere in grado di applicare le metodologie studiate per l’effettivo studio del comportamento dinamico delle macchine e dei relativi componenti, utilizzandole nel supporto alla progettazione. Deve inoltre imparare a interpretare in modo critico i risultati ottenuti, in particolare mediante l’applicazione di metodi numerici, e a preparare relazioni tecniche sul lavoro fatto.

Lo studente deve possedere le cognizioni di base della meccanica applicata e delle macchine e deve avere familiarità con i metodi usati nel calcolo strutturale statico. È inoltre richiesta una capacità di base nell’uso dei relativi codici di calcolo, anche se non è richiesta alcuna precedente esperienza con specifici strumenti informatici.

L'insegnamento è impostato sulla base di 60 ore di lezione e 40 ore di esercitazione in aula o laboratorio.

Introduzione (2 ore): La progettazione meccanica; la figura del progettista. Calcoli di progetto e calcoli di verifica; progettazione statica, quasi statica, dinamica; metodi classici e metodi numerici, il calcolo automatico nella progettazione, integrazione del calcolo strutturale assistito dal calcolatore con il disegno, lo studio funzionale e la programmazione della produzione (CAE).

Parte 1: Dinamica delle vibrazioni dei sistemi lineari (14 ore): Richiami sui sistemi dinamici lineari, Equazioni del moto nello spazio delle configurazioni e nello spazio degli stati, Vibrazioni libere dei sistemi lineari; sistemi a un grado di libertà, Sistemi a molti gradi di libertà non smorzati, disaccoppiamento modale. Sistemi smorzati; smorzamento interno dei materiali e sua modellazione. Risposta forzata dei sistemi ad un grado di libertà. Risposta forzata dei sistemi a molti gradi di libertà, fattori di partecipazione modale. Smorzatore dinamico. Risposta ad eccitazioni non armoniche, cenni sull'eccitazione casuale. Generalità sui sistemi continui. Aste e travi. Trave di Eulero-Bernoulli. Modi di vibrare dei sistemi continui. Trave di Timoshenko. Accoppiamento flesso-torsionale, effetto delle forze assiali sulle vibrazioni flessionali delle travi, corde vibranti.

Parte 2: Metodi numerici nell’analisi dinamica (16 ore): Metodi di discretizzazione. Metodo delle forme modali imposte. Modelli a parametri concentrati. Matrici di trasferimento. Metodi di Myklestadt e di Holzer. Metodo degli elementi finiti in dinamica. Riduzione statica, dinamica e di Guyan. Soluzione nel dominio del tempo e della frequenza, simulazione numerica

Parte 3: Dinamica delle macchine rotanti (14 ore): Vibrazioni dei rotori, velocità critiche, campi di instabilità, diagramma di Campbell. Rotore di Jeffcott non smorzato, autocentramento. Rotore di Jeffcott con smorzamento viscoso, stabilità, diagramma di Campbell e luogo delle radici. Rotore a 4 gradi di libertà, effetto giroscopico. Rotori a molti gradi di libertà. Anisotropia del rotore e dei supporti. Rotori su cuscinetti lubrificati. Equilibratura dei rotori, diagnostica delle macchine rotanti.

Parte 4: Dinamica delle macchine alternative (10 ore): Vibrazioni dei motori e dei compressori alternativi, metodi classici nel dominio della frequenza e metodi numerici nel dominio del tempo, sistema equivalente per le vibrazioni torsionali, smorzamento delle vibrazioni torsionali ed assiali degli alberi a gomiti.

Parte 5: Cenni sulla vibrazioni non lineari (4 ore): metodi approssimati per lo studio delle vibrazioni nonlineari, equazione di Duffing, fenomeno del salto. Simulazione numerica, cenni sulle vibrazioni caotiche.

Le esercitazioni consisteranno nella soluzione di esercizi volti alla comprensione degli argomenti trattati a lezione e in un certo numero di relazioni tecniche che gli studenti, suddivisi in squadre di 2 allievi ciascuna, dovranno presentare. Le relazioni tecniche riguarderanno problemi di analisi strutturale dinamica di particolari elementi di macchina proposti a ciascuna squadra.
Alcune esercitazioni, ed in particolare quelle relative alle relazioni tecniche, si svolgeranno in laboratorio informatico, per permettere l’uso di specifici strumenti di calcolo. Alcune esercitazioni di laboratorio completano il programma.

Il testo dell'insegnamento è:
Genta G., Vibration Dynamics and Control, Springer, New York, 2009, ISBN 978 0 387 79579 9o, in alternativa, Genta G., Vibrazioni delle strutture e delle macchine, Levrotto e Bella, Torino, 1996.

Altri testi, utilizzabili per alcune parti dell'insegnamento e per gli approfondimenti, sono: Genta G, Vibration of structures and machines, III ed., Springer, New York, 1998, ISBN: 0 387 98506 9 e Genta G., Dynamics of Rotating Systems, Springer, New York, 2005 ISBN: 0-387-20936-0.
Materiale aggiuntivo per le esercitazioni verrà messo a disposizione degli studenti iscritti tramite il portale della didattica.

L' esame consiste di un test scritto con 30 domande a risposta multipla e 8 brevi esercizi. La durata dell’esame è di 2 ore. Durante lo svolgimento della prova scritta non è ammesso l’uso di testi o di altro materiale scritto.
Sono ammessi alla prova orale gli studenti che abbiano ottenuto una votazione di almeno 18/30 alla prova scritta. La prova orale si potrà svolgere nello stesso giorno dello scritto o nei giorni successivi.
La prova orale consiste di un colloquio che verterà sulle esercitazioni svolte durante l’anno. Tale colloquio può portare ad un aumento o una diminuzione del voto della prova scritta fino a due punti. Il voto massimo che può essere raggiunto con la sola prova scritta è di 23/30, più un eventuale aumento di due punti a seguito del colloquio.
Per superare tale soglia, lo studente deve sostenere una prova orale, consistente in due o tre domande riguardanti tutto il programma dell’insegnamento. La durata della prova orale può variare tra 15 e 30 minuti. Il voto finale è dato dalla media del voto della prova scritta e della prova orale.