Obiettivo dell'insegnamento è di trasmettere agli studenti le conoscenze teoriche e applicative riguardanti il calcolo e la progettazione di componenti meccanici di interesse nell'ambito dell'ingegneria elettrica quali i dischi di turbina e gli alberi rotanti. Dal punto di vista del calcolo si utilizzano metodi analitici e matriciali, rispettivamente per lo studio del comportamento dei dischi di turbina e degli alberi rotanti. Le informazioni acquisite sul comportamento statico e dinamico dei componenti di macchine trattati nel corso sono utilizzate come elementi caratterizzanti del loro stato di salute, sfruttando moderne tecniche di monitoraggio strutturale delle macchine in grado di identificarne le variazioni di funzionamento rispetto al comportamento atteso. In ogni fase dell'insegnamento si dà particolare importanza alla padronanza del linguaggio tecnico caratteristico della progettazione meccanica, anche in vista dell'interazione dell'ingegnere elettrico con ambienti professionali compositi.

Le conoscenze che gli studenti acquisiscono in questo insegnamento sono relative a alcuni argomenti caratteristici della progettazione dei componenti meccanici, in particolare: lo stato delle tensioni e delle deformazioni dei solidi assialsimmetrici per l'applicazione al caso dei dischi di turbina, la dinamica dei sistemi a molti gradi di libertà e degli alberi rotanti, i fondamenti del metodo agli elementi finiti. La generalità della trattazione di alcuni argomenti, soprattutto gli aspetti metodologici degli elementi finiti e la dinamica delle macchine, permette l'estensione di tali conoscenze a ambiti ingegneristici diversi da quelli considerati nell'insegnamento. Le abilità conseguite nell'ambito dell'insegnamento riguardano il linguaggio della progettazione meccanica nella trattazione di sistemi elettromeccanici mediante un approccio interdisciplinare e la familiarità con le problematiche della modellazione e del calcolo mediante simulazione numerica (nella pratica professionale, essenzialmente il metodo degli elementi finiti). Per quanto concerne le abilità comunicative, l'insegnamento contribuisce a conferire al laureato magistrale in ingegneria elettrica l'abilità di interagire proficuamente con ambienti professionali caratterizzati da competenze tecniche e scientifiche diverse da quelle strettamente elettriche.

Sono propedeutici i contenuti degli insegnamenti di Scienza delle costruzioni, di Meccanica delle macchine e di Misure elettriche del Corso di Laurea in Ingegneria elettrica del Politecnico di Torino. In particolare, sono ritenute già acquisite le conoscenze di base relative allo stato delle tensioni e delle deformazioni dei solidi elastici con speciale riferimento al solido di Saint-Venant (teoria delle travi) e alle oscillazioni libere e forzate dei sistemi a un grado di libertà (oscillatori armonici). Sono richieste le seguenti specifiche abilità: analisi della resistenza statica di strutture formate da sistemi semplici di travi (tensioni principali, ipotesi di rottura, calcoli di verifica e di dimensionamento) e determinazione della risposta libera e forzata di sistemi meccanici vibranti riconducibili all'oscillatore armonico.

L'insegnamento è strutturato nei seguenti moduli: - Riassunto dei principali risultati di Teoria dell'elasticità [4 h] Stato 3D delle tensioni e delle deformazioni, equazioni di equilibrio e di compatibilità, tensioni principali, legge di Hooke, stato di tensione piana. - Stato delle tensioni e delle deformazioni nei solidi assialsimmetrici [12 h] Dischi rotanti di spessore costante sottoposti a campo centrifugo, gradiente radiale di temperatura, forze di superficie radiali applicate ai bordi. Cenni sugli effetti della plasticità nei dischi rotanti. - Calcolo matriciale delle strutture e Introduzione agli elementi finiti [12 h] Equilibrio statico dei sistemi a N gradi di libertà, matrici di rigidezza e di flessibilità, elementi asta e trave, assemblaggio, imposizione dei vincoli, soluzione. Formulazione generale degli elementi finiti mediante il principio dei lavori virtuali, applicazione agli elementi asta e trave. - Oscillazioni libere e forzate dei sistemi a N gradi di libertà [12 h] Frequenze proprie e modi propri di vibrare, soluzione mediante elementi asta e trave, matrici delle masse secondo gli approcci a parametri concentrati e consistente, risposta forzata mediante analisi modale. - Introduzione alla dinamica dei rotori [11 h] Risposta libera e forzata del rotore di Jeffcott, velocità critica, autocentramento. Effetti giroscopici, sistemi rotanti a molti gradi di libertà, cenni sulla normativa relativa alle macchine rotanti. - Monitoraggio strutturale delle macchine rotanti [9h] Introduzione generale al monitoraggio strutturale delle macchine rotanti per fini diagnostici e prognostici. Sistemi di acquisizione dati per il monitoraggio strutturale di tali macchine. Definizione di caratteristiche (features) che possono essere estratte dai dati di monitoraggio per identificare la presenza di meccanismi di danneggiamento strutturale.

L'insegnamento è strutturato in: - 45 ore di lezione per lo sviluppo delle conoscenze relative a: calcolo e progetto, mediante metodi analitici e matriciali, di componenti delle macchine, particolarmente dischi di turbina e alberi rotanti, tecniche di monitoraggio strutturale delle macchine con particolare riferimento alle macchine rotanti. - 15 ore di esercitazione per stimolare l’abilità di applicare le conoscenze acquisite nella risoluzione di problemi pratici. Saranno proposti e svolti esercizi principalmente sui seguenti argomenti: resistenza dei dischi rotanti, mediante integrazione dell'equazione differenziale di governo, risposta libera e forzata di alberi oscillanti, oscillazioni flessionali degli alberi rotanti, mediante modelli con elementi finiti asta e trave.

Bibliografia. Conoscenze di base di Scienza delle costruzioni: 1) V. I. Feodosev, Resistenza dei materiali, Editori Riuniti, 1977. Dischi rotanti: 2) G. Genta, Calcolo di resistenza dei dischi rotanti e dei recipienti cilindrici, Levrotto & Bella, 1996. Calcolo matriciale delle strutture e elementi finiti: 3) A. Gugliotta, A. Somà, N. Zampieri, Elementi finiti, Quine, 2022 Meccanica delle vibrazioni: 4) L. Meirovitch, Elements of vibration analysis, McGraw-Hill, 1975. Dinamica dei rotori: 5) O. Belluzzi, Scienza delle costruzioni, Vol. 4, pp. 413-436, Zanichelli, 1980. 6) A. Vigliani, Lectures on Rotordynamics, CLUT, 2010. 7) C. R. Farrar, K. Worden, Structural Health Monitoring: A Machine Learning Perspective, John Wiley & Sons, 2012. È disponibile materiale didattico preparato dai docenti e messo a disposizione online sulla pagina dell'insegnamento del portale della didattica. Per la parte di teoria sono disponibili appunti su tutti gli argomenti trattati. Specificatamente: sintesi dei principali risultati della teoria dell'elasticità, calcolo di resistenza dei dischi rotanti, calcolo matriciale delle strutture e introduzione agli elementi finiti, oscillazioni di sistemi meccanici a N gradi di libertà, dinamica dei rotori, monitoraggio strutturale delle macchine. Per le esercitazioni sono disponibili i testi e le soluzioni degli esercizi proposti in aula. Sono altresì disponibili video lezioni relative a anni accademici precedenti.

Dispense; Esercizi risolti; Video lezioni tratte da anni precedenti;

Modalità di esame: Prova scritta (in aula);

Exam: Written test;

... I risultati di apprendimento sottoposti a verifica mediante l'esame sono: 1) Abilità di calcolo nell’uso di metodi analitici e matriciali nella soluzione di problemi relativi alla resistenza statica (principalmente dei dischi rotanti), alle oscillazioni degli alberi e alla dinamica dei rotori. 2) Capacità di ricavare autonomamente i principali risultati teorici illustrati durante il corso. L'esame si basa su una prova scritta della durata di due ore divisa in due parti svolte separatamente e in successione. Durante la prova scritta non si potranno consultare testi, dispense e formulari, né utilizzare dispositivi multimediali con accesso al web. La prima parte, durante la quale è ammesso l'uso della calcolatrice, richiede la soluzione di un esercizio articolato su più punti. La seconda parte richiede la risposta aperta a due quesiti di carattere teorico. L’esame è superato se l’elaborato scritto ottiene un voto da 18/30 a 30/30 (lode inclusa), calcolato come media aritmetica dei voti dell'esercizio e dei quesiti teorici. L’esito della prova scritta sarà comunicato agli studenti mediante un avviso sul portale della didattica. Gli studenti potranno prendere visione degli elaborati e delle relative valutazioni durante un incontro generale la cui data sarà comunicata mediante avviso sul portale della didattica contestualmente alla pubblicazione dei risultati della prova scritta.

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.