L’accesso ad una banca dati di risultati sperimentali consente all’ingegnere di convalidare o aggiornare modelli teorici predittivi che sono di ausilio ad una corretta progettazione. Comprendere come questi dati sono prodotti ed elaborati mediante un diretto accesso alle pratiche, alle tecniche di misure e alle attrezzature, rompe uno schema predefinito di ‘certezze’ e ipotesi acquisite e consolidate durante il percorso di studi teorici dell’allievo ingegnere per risolvere un problema una volta assegnati dei dati, quando invece nella realtà tutto deve essere messo in discussione. L’insegnamento si propone di fornire allo/a studente/ssa gli strumenti per mettere in discussione quanto da loro appreso sinora per sviluppare un senso critico che porti a considerare l’approccio teorico e la misura sperimentale non come due attività subordinate in cui una costituisce il riferimento e l’altra l’approssimazione che deve tendere alla prima, bensì come due facce della stessa medaglia che partecipano alla comprensione di un fenomeno mediante una reciproca conferma (model update). L’insegnamento si concentra sulla sperimentazione dinamica in quanto, nella progettazione e costruzione delle macchine, il fenomeno del danneggiamento per fatica ad alto numero di cicli generato dalla presenza di carichi variabili nel tempo, e quindi dalle vibrazioni, è la causa primaria di avarie che deve essere tenuto in conto sin dalle fasi preliminari del progetto. I contenuti presenti in questo insegnamento sono indicati per chi ritiene di proprio interesse un profilo professionale in ambito laboratoriale, gestione degli esperimenti, progettazione di banchi sperimentali e programmazione degli esperimenti stessi presso enti pubblici e privati per la sperimentazione in campo aerospaziale e meccanico.

Al termine dell’insegnamento gli studenti e le studentesse conosceranno i principi di funzionamento dei sensori e dei generatori di forza o impulso usati per l’analisi dinamica, saranno in grado di effettuare l'analisi modale o ricavare la risposta in frequenza di componenti meccanici e, al livello superiore, sapranno pianificare e condurre una sperimentazione dinamica scegliendo in modo autonomo sensori, metodi e tecnologie più opportuni. Inoltre, saranno in grado di correlare i risultati sperimentali con un’analisi dinamica condotta con metodi numerici. In dettaglio, chi apprende i contenuti dell’insegnamento sarà in grado di, -) generare un modello agli elementi finiti di un componente a partire da una nuvola di punti misurata sul componente, -) condurre un’analisi modale sperimentale con identificazione di frequenze proprie e smorzamenti modali, -) ricavare la risposta in frequenza sperimentale usando un “impact test” o un generatore di forza armonica continua, -) estrarre le deformate operative usando tecniche Single Input - Multi Output con vibrometro laser a scansione, -) tracciare un diagramma di Campbell usando i dati sperimentali ricavati da una prova su un disco palettato rotante.

Conoscenza di base della meccanica delle vibrazioni, sul metodo degli elementi finiti e sulle principali problematiche relative alla progettazione di componenti strutturali di impiego aerospaziale (vincoli, carichi, materiali) acquisite negli insegnamenti di: Strutture Aeronautiche, Dinamica delle strutture aerospaziali/Modellazione numerica e tecniche di simulazione di strutture aerospaziali. E’ particolarmente indicata la frequenza all’insegnamento di Dinamica dei rotori per applicazioni aerospaziali. Preferibile anche se non necessaria la conoscenza del software agli elementi finiti Ansys APDL per eseguire una analisi statica, modale e calcolo della risposta forzata in presenza di forzante armonica.

Si prevede di seguire il seguente programma suddiviso in lezioni L, esercitazione in aula EA, esercitazioni in laboratorio EL. In funzione della numerosità dei frequentanti, il programma potrà subire degli aggiustamenti per consentire a tutti i gruppi di lavorare con l’attrezzatura sperimentale messa a disposizione. - Presentazione del corso (3 ore L): ripasso dei contenuti di insegnamenti frequentati utili per una proficua fruizione dell’insegnamento accompagnato da dimostrazioni pratiche di dinamica delle strutture. Definizione dei gruppi di lavoro che durante il semestre lavoreranno alle attività in itinere oggetto di valutazione. - Presentazione del componente aeronautico oggetto di studio assegnato a ciascun gruppo di lavoro (3 ore EL + 3 ore EA): acquisizione ottica della geometria mediante scanner ottico 3D, post-processamento della nuvola di punti, importazione su software agli elementi finiti Ansys APDL, analisi statica, analisi modale (calcolo modi propri e frequenze naturali). - Sistemi di misura delle vibrazioni ed eccitazione dinamica: Estensimetria (4,5 ore L + 1,5 ore EA + 6 ore EL); Accelerometri/celle di carico (sensori piezoelettrici), sonde di prossimità, vibrometria laser, Digital Image Correlation (cenni), Blade Tip Timing (cenni), martello, shaker, elettromagneti (3 ore L). - La catena di misura per una misura dinamica in laboratorio (4,5 ore L): Introduzione, analisi del segnale, conversione A/D (aliasing e leakage), serie di Fourier discreta e visualizzazione degli spettri in frequenza, parametri che influenzano la misura, applicazione delle finestre, gestione del rumore (cenni). - Hammer test (3 ore EL). - Discussione dei report (bozze) delle esercitazioni in laboratorio (1,5 ore L). - Shaker + vibrometeria laser (1,5 ore L + 3 ore EL). - Shaker + estensimetria per visualizzazione di fenomeni non lineari mediante la misura della FRF (3 ore EL). - Dischi palettati rotanti, diagramma di Campbell, sistema di riferimento solidale col rotore e stazionario. (3 ore L + 3 ore EL). - Discussione dei risultati prodotti dalle attività di laboratorio e del model update. Programmazione dei progetti di squadra. (1,5 ore L). - Digital Image Correlation (1,5 ore L + 3 ore EL). - Blade Tip Timing, misura dinamica di disco palettato in rotazione – post processing dei dati (1,5 ore L + 3 ore EL). - Seminario o visita presso stabilimenti industriali dove si eseguono test sperimentali per la verifica e certificazione (1,5 ore L). - Consulenza progetti finali e conclusioni finali dell’insegnamento (1,5 ore L).

Le attività di laboratorio saranno accompagnate da una parallela attività di simulazione agli elementi finiti in modo da identificare i vari parametri che producono la risposta dinamica del componente. I principali parametri del modello messi in discussione saranno: il modulo di elasticità, la densità, i vincoli, lo smorzamento strutturale.

L’insegnamento sarà suddiviso in un numero uguale di ore tra lezioni in aula ed esercitazioni in laboratorio. Le attività di laboratorio saranno condotte presso il DeXpi.Lab e il laboratorio AerMec per componenti di turbina e compressori (Laboratorio di Meccanica). Durante le ore di lezione in aula saranno forniti gli elementi teorici propedeutici all’attività di laboratorio. Tutte le attività di laboratorio verranno condotte in gruppi di lavoro. In funzione del numero di frequentanti, per le attrezzature più complesse il cui accesso è limitato a causa degli spazi, le attività potranno essere condotte in forma guidata, o in diretta dai docenti e seguite in streaming e i dati verranno resi disponibili per le successive elaborazioni. Per ogni attività di laboratorio ciascun gruppo di lavoro dovrà produrre un documento finale nel formato di una presentazione power point che sarà oggetto di valutazione all’esame. Inoltre, i gruppi dovranno produrre un elaborato finale svolto in autonomia che costituisce un approfondimento rispetto a quanto visto durante la didattica frontale. Il tema e le modalità di sviluppo dell'approfondimento verranno concordate con i docenti per fare in modo che il tempo richiesto sia congruo rispetto ai crediti dell'insegnamento pari a 6. Si ricorda che 1 credito è pari a 25 ore di studio suddivise in 10 ore di diattica frontale e 15 ore di studio personale.

Meccanica delle vibrazioni, Stefano Marchesiello, Alessandro Fasana, ed. CLUT. Manuali di tutti i dispositivi presentati caricati dai docenti nel portale della didattica.

Slides; Libro di testo; Esercizi; Esercitazioni di laboratorio;

Modalità di esame: Prova orale obbligatoria; Prova pratica di laboratorio; Elaborato scritto prodotto in gruppo;

Exam: Compulsory oral exam; Practical lab skills test; Group essay;

... Agli studenti e studentesse si chiede di dimostrare, alla fine di questo insegnamento, di aver acquisito conoscenze sull’analisi dinamica sperimentale e la capacità di applicarle. In particolare, è necessario -) conoscere i principi di funzionamento dei principali sensori usati nella dinamica strutturale, (estensimetri, accelerometri, celle di carico, laser, sonde proximity) e dei generatori di forza (martello, shaker, elettromagneti); -) costruire un modello numerico affidabile di un componente meccanico e aggiornarne le caratteristiche con i dati sperimentali; -) essere in grado di predisporre una prova sperimentale che consenta di effettuare analisi modale o misurare risposte in frequenza; -) ricavare il diagramma di Campbell di dischi palettati rotanti. L’esame consiste di una valutazione in itinere e di una prova orale finale della durata di circa 40 minuti. La valutazione in itinere consiste nella partecipazione alle esercitazioni di laboratorio (EL) previste. Essa tiene conto della consapevolezza acquisita dagli studenti dei contenuti del lavoro svolto durante il periodo didattico, della diligenza e puntualità nel condurre le attività sperimentali e dell’interazione all’interno dei gruppi e con i docenti. Il raggiungimento della sufficienza in questa fase consente l’accesso alla valutazione successiva (prova orale). La prova in itinere (Prova pratica di laboratorio) vale fino a 30/30. La prova orale è suddivisa in due parti, - Una discussione con gli esaminatori di parti delle relazioni sulle attività di laboratorio (si rimanda alla sezione 'organizzazione dell'insegnamento') che lo studente ha raccolto in un fascicolo personale. Questo fascicolo sarà presentato nella forma di una serie di slide (presentazione power point, si consiglia di non superare 10 slide per ciascuna attività). Il fascicolo dovrà essere caricato nella sezione elaborati del portale della didattica una settimana prima della data in cui lo studente o la studentessa intendono sostenere l’esame. Durante questa discussione saranno valutate sia le competenze acquisite per risolvere gli specifici problemi sia la chiarezza dell’esposizione, la completezza e la sintesi del lavoro svolto. Questa discussione vale fino a 30/30 ed è individuale. La durata della discussione è di circa 20 minuti. - Un colloquio tecnico con gli esaminatori (Elaborato prodotto in gruppo, attività di approfondimento svolta in autonomia, si rimanda alla sezione organizzazione dell'insegnamento) che approfondiscono le conoscenze e la capacità di affrontare autonomamente un problema di analisi dinamica sperimentale individuando la migliore applicazione delle conoscenze acquisite. Questo colloquio vale fino a 30/30. La durata del colloquio è di circa 20 minuti. La discussione viene portata avanti dal gruppo e il voto ottenuto è associato a ciascun componente del gruppo. La media dei tre voti raggiunti (valutazione in itinere, discussione delle presentazioni, colloquio tecnico sull'approfondimento) costituirà il voto finale.

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.