Scopo dell'insegnamento è fornire le conoscenze teoriche ed i criteri di base per il progetto e il calcolo di organi delle macchine, di sviluppare le abilità necessarie per la progettazione di componenti e sistemi meccanici, interpretando in modo critico i risultati ottenuti, e di preparare relazioni tecniche sul lavoro svolto. A tale scopo è prevista la realizzazione di un progetto di un semplice gruppo meccanico, da svolgere in gruppi composti da un numero massimo di tre studenti. Il progetto potrà richiedere anche l'applicazione di conoscenze di aree culturali diverse (macchine elettriche, materiali, progettazione funzionale, etc.) già acquisite in corsi precedenti. Gli argomenti trattati sono: - il calcolo delle sollecitazioni di corpi a contatto in un punto o lungo una linea (teoria di Hertz), - la progettazione delle ruote dentate, - la meccanica della frattura, - la fatica in controllo di deformazione, - metodologie di calcolo di piastre e gusci.

Lo studente deve apprendere i fondamenti della progettazione strutturale meccanica e dei metodi (analitici, numerici e sperimentali) più comunemente utilizzati. Deve inoltre essere in grado di applicare le metodologie studiate per l’analisi del comportamento delle macchine e dei relativi componenti, utilizzandole nel supporto alla progettazione. In particolare lo studente deve acquisire le conoscenze e le abilità che gli permettano di: - definire le principali ipotesi di un progetto meccanico; - identificare i parametri che governano un dato progetto; - identificare un modello matematico che meglio rappresenti, in funzione degli obiettivi di progetto e delle reali condizioni di funzionamento, il componente o sistema meccanico, tenendo conto dei requisiti funzionali, dei materiali, dei carichi e delle altre condizioni al contorno; - definire la forma e le dimensioni dei componenti della macchina e il loro assemblaggio, calcolandone la durata; - individuare i punti critici del progetto strutturale, secondo i possibili meccanismi di cedimento, di valutare le incertezze e applicare i coefficienti di sicurezza appropriati, di valutare se le sollecitazioni e/o le deformazioni siano ammissibili; - saper utilizzare norme, codici e regolamenti; - essere in grado di analizzare e interpretare criticamente i risultati; - essere in grado di elaborare e presentare una relazione di calcolo progettuale; - acquisire capacità di effettuare scelte autonome e, nello stesso tempo, capacità di lavoro in gruppo.

Conoscenza delle norme di base del disegno tecnico. 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 ed 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.

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.

Le ore di lezione (80) sono equamente condivise tra lezioni teoriche (40) ed esercitazioni / laboratorio (40), al fine di raggiungere un equilibrio tra conoscenze e competenze. Generalmente le lezioni su un argomento saranno seguite da esercitazioni specifiche, nelle quali agli studenti è richiesto di applicare le conoscenze acquisite a lezione a problemi reali. Durante le esercitazioni sarà sviluppato il progetto di un semplice gruppo meccanico, i cui componenti ed il relativo assemblaggio saranno analizzati durante tutto il corso. La partecipazione alle lezioni ed esercitazioni è fortemente raccomandato, essendo questo fondamentale per ottenere i risultati di apprendimento previsti, oltre che per sviluppare correttamente il progetto.

Appunti dell'insegnamento. R.C. Juvinall, K.M. Marshek, Fondamenti della progettazione dei componenti delle macchine, Edizioni ETS Pisa J. E. Shigley, R. G. Budynas, J. K. Nisbett Progetto e Costruzione di macchine, edizione italiana a cusa di Dario Amodio e Gianni Santucci, Mc Graw-Hill Education 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

Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale obbligatoria; Progetto di gruppo;

Exam: Written test; Compulsory oral exam; Group project;

... Generalità L’esame consiste in una prova scritta - che prevede la disponibilità di materiale didattico per svolgerla - seguita da una prova orale. Per accedere alla prova orale il candidato deve aver superato la prova scritta con almeno una votazione di 18/30. La prova orale deve essere sostenuta nella stessa sessione in cui è stata superata la prova scritta. Per motivi organizzativi è richiesta la prenotazione all’esame. Prova scritta La prova consiste in due esercizi sugli argomenti illustrati a lezione o durante le esercitazioni. Tempo a disposizione: 2 ore. La prova scritta si intende superata se si raggiunge la sufficienza in entrambi gli esercizi. L’esito della prova scritta sarà pubblicato sul portale della didattica. Gli scritti corretti saranno visibili all’inizio della prova orale. Prova orale Per la partecipazione alla prova orale è necessario presentare la relazione di progetto. Firma di frequenza La firma di frequenza è subordinata alla partecipazione attiva alle esercitazioni e alla presentazione della relazione di progetto. La relazione di progetto deve essere comunque presentata e approvata entro la fine del corso (fine delle lezioni del periodo didattico).

Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.