Scopo dell’insegnamento è fornire le conoscenze teoriche e i criteri di base per il progetto e il calcolo di organi delle macchine, sviluppare le abilità necessarie per la progettazione di componenti e sistemi meccanici, interpretando in modo critico i risultati ottenuti, e 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/studentesse. 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 dall'insegnamento sono: - Calcolo delle sollecitazioni di corpi a contatto in un punto o lungo una linea (teoria di Hertz); - Progettazione delle ruote dentate; - Meccanica della frattura; - Fatica a basso numero di cicli (oligociclica, in controllo di deformazione); - Metodologie di calcolo di piastre e gusci.

In seguito al superamento del corso, lo/la studente/studentessa avrà appreso i fondamenti della progettazione strutturale meccanica e dei metodi (analitici, numerici e sperimentali) più comunemente utilizzati. Sarà inoltre 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/la studente/studentessa avrà acquisito le conoscenze e le abilità che consentono 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, valutare le incertezze e applicare i coefficienti di sicurezza appropriati, valutare se le sollecitazioni e/o le deformazioni siano ammissibili; - Sapere 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.

Le conoscenze pregresse richieste per una proficua frequentazione del corso sono: - Capacità di eseguire l’analisi cinematica di semplici meccanismi, di eseguire il calcolo delle sollecitazioni in semplici componenti meccanici e di 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); - Conoscenza delle norme di base del disegno tecnico, capacità di utilizzare sistemi CAD; - Conoscenza delle caratteristiche di funzionamento di macchine a fluido e motori elettrici.

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: 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 simmetriche: 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 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 con carico ad ampiezza variabile. Propagazione del difetto in presenza di carichi random; spettri di carico. Fatica a basso numero di cicli. Prove in controllo di deformazione; relazione monotona tensione-deformazione; 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. Sistemi di riferimento; ipotesi di base; stato di tensione e deformazione; relazioni tensione-deformazione; carichi per unità di lunghezza; equilibrio delle forze; equazioni risolutive. Teoria delle 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 80 ore complessive dell’insegnamento sono equamente condivise tra lezioni teoriche (40 ore) ed esercitazioni/laboratorio di progettazione (40 ore), al fine di raggiungere un equilibrio tra conoscenze e competenze. Generalmente le lezioni su un argomento saranno seguite da esercitazioni specifiche nelle quali agli/alle studenti/studentesse sarà richiesto di applicare a problemi reali le conoscenze acquisite a lezione. Durante il laboratorio di progettazione sarà sviluppato il progetto di un semplice gruppo meccanico, i cui componenti e il relativo assemblaggio saranno analizzati durante tutto il corso. La partecipazione alle lezioni e alle esercitazioni/laboratorio di progettazione è fortemente consigliata, essendo fondamentale per ottenere i risultati di apprendimento attesi, oltre che per sviluppare correttamente il progetto proposto.

Appunti dell’insegnamento. Testi addizionali di approfondimento: - R.C. Juvinall, K.M. Marshek, Fondamenti della progettazione dei componenti delle macchine, ETS Pisa. - J.E. Shugley, R.G. Budynas, J.K. Nisbett, Progetto e costruzione di macchine, Edizione italiana a cura di Dario Amodio e Gianni Santucci, McGraw-Hill Education, III ed. - J.A. Collins, Failure of materials in mechanical design, Ed. 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 paltes and shells, McGraw-Hill.

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

Exam: Written test; Compulsory oral exam;

... Generalità L’esame ha lo scopo di verificare le competenze indicate nella Sezione “Risultati dell’apprendimento attesi”. L’esame consiste in una prova scritta, che prevede la disponibilità di un formulario specifico eventualmente corredato di diagrammi utili per lo svolgimento, seguita da una prova orale. Per accedere alla prova orale il/la candidato/candidata 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. 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). 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. Si evidenzia che la difficoltà degli esercizi viene tarata in base al tempo disponibile per lo svolgimento della prova. 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 La prova orale verrà svolta tramite un colloquio individuale sugli argomenti illustrati a lezione e/o durante le esercitazioni. Per la partecipazione alla prova orale è necessario avere superato con esito positivo la prova scritta ed è necessario avere presentato la relazione del progetto di gruppo, che potrà essere oggetto di domande di chiarimento o approfondimento.

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.

Modalità di esame: Prova orale obbligatoria; Prova scritta tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo; Elaborato progettuale in gruppo;

Generalità L’esame ha lo scopo di verificare le competenze indicate nella Sezione “Risultati dell’apprendimento attesi”. L’esame consiste in una prova scritta, che prevede la disponibilità di un formulario specifico eventualmente corredato di diagrammi utili per lo svolgimento, seguita da una prova orale. Per accedere alla prova orale il/la candidato/candidata 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. 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). Per motivi organizzativi è richiesta la prenotazione all’esame. Prova scritta La prova consiste in due esercizi e alcune domande a risposta chiusa sugli argomenti illustrati a lezione o durante le esercitazioni. Tempo a disposizione: 100 minuti. Si evidenzia che la difficoltà degli esercizi e delle domande viene tarata in base al tempo disponibile per lo svolgimento della prova. La prova scritta si intende superata se si raggiunge la sufficienza in ciascuno degli esercizi e nella risposta alle domande a risposta chiusa. L’esito della prova scritta sarà pubblicato sul portale della didattica. Gli scritti corretti saranno visibili all’inizio della prova orale. Prova orale La prova orale verrà svolta tramite un colloquio individuale sugli argomenti illustrati a lezione e/o durante le esercitazioni. Secondo le indicazioni di Ateneo, sarà svolta in modalità da remoto tramite la piattaforma Exam. Per la partecipazione alla prova orale è necessario avere superato con esito positivo la prova scritta ed è necessario avere presentato la relazione del progetto di gruppo, che potrà essere oggetto di domande di chiarimento o approfondimento.

Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale obbligatoria; Prova scritta tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo; Elaborato progettuale in gruppo;

Generalità L’esame ha lo scopo di verificare le competenze indicate nella Sezione “Risultati dell’apprendimento attesi”. L’esame consiste in una prova scritta, che prevede la disponibilità di un formulario specifico eventualmente corredato di diagrammi utili per lo svolgimento, seguita da una prova orale. Per accedere alla prova orale, il/la candidato/candidata deve aver superato la prova scritta con votazione di almeno 18/30. La prova orale deve essere sostenuta nello stesso appello in cui è stata superata la prova scritta. 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). Per motivi organizzativi, è richiesta la prenotazione all’esame. Prova scritta La prova consiste in due esercizi e alcune domande a risposta chiusa sugli argomenti illustrati a lezione o durante le esercitazioni. Tempo a disposizione: 100 minuti nel caso di esame svolto preferibilmente in modalità informatizzata anche in aula, al fine di rendere l'esame fruibile in modalità mista. Si evidenzia che la difficoltà degli esercizi e delle domande viene tarata in base al tempo disponibile per lo svolgimento della prova. La prova scritta si intende superata se si raggiunge la sufficienza in ciascuno degli esercizi e nella risposta alle domande a risposta chiusa. L’esito della prova scritta sarà pubblicato sul portale della didattica. Gli scritti corretti saranno visibili all’inizio della prova orale. Prova orale La prova orale verrà svolta tramite un colloquio individuale sugli argomenti illustrati a lezione e/o durante le esercitazioni. Secondo le indicazioni di Ateneo, sarà svolta in presenza ovvero in modalità da remoto tramite la piattaforma Exam, ovvero in modalità mista. Per la partecipazione alla prova orale è necessario avere superato con esito positivo la prova scritta ed è necessario avere presentato la relazione del progetto di gruppo, che potrà essere oggetto di domande di chiarimento o approfondimento.