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Anno Accademico 2017/18
04NIONE
Progettazione di prodotto e di processo con metodi numerici
Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Meccanica - Torino
Docente Qualifica Settore Lez Es Lab Tut Anni incarico
Salmi Alessandro ORARIO RICEVIMENTO A2 ING-IND/16 25 0 25 0 11
Soma' Aurelio ORARIO RICEVIMENTO PO ING-IND/14 28 4 18 0 11
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/14
ING-IND/16
5
5
B - Caratterizzanti
B - Caratterizzanti
Ingegneria meccanica
Ingegneria meccanica
Presentazione
Scopo dell’insegnamento, composto da due moduli (uno di carattere progettuale, l’altro tecnologico) è quello di presentare le metodologie numeriche utilizzate sia nel campo della progettazione meccanica sia in
quello della simulazione dei processi tecnologici. Per la parte riguardante la progettazione meccanica sono presentati i metodi numerici agli elementi finiti per la simulazione e il calcolo in condizioni statiche, con cenni anche al comportamento non lineare e dinamico stazionario.
Per la parte di simulazione dei processi, dopo la descrizione dei principali processi utilizzati per la realizzazione di componenti in materiali polimerici, partendo dal modello matematico dell'elemento realizzato al CAD tridimensionale, sono esaminate le fasi che portano alla definizione delle attrezzature di produzione nell'ottica della Concurrent Engineering dove convivono tutte le moderne tecniche CAD/CAM/CAE.

Risultati di apprendimento attesi
- Conoscenza dei metodi numerici per il calcolo delle sollecitazioni e per la simulazione di processo
- Conoscenza dei principali processi utilizzati per la realizzazione di componenti in materiali polimerici
- Conoscenza delle problematiche relative al calcolo di strutture in campo non lineare
- Capacità di utilizzare le tecniche di compressione del tempo nella fase di progettazione prodotto/processo
- Capacità di eseguire verifiche strutturali con il metodo agli elementi finiti in campo lineare
- Capacità di utilizzare la simulazione software per ottimizzare i processi di produzione di componenti in materiali polimerici
Prerequisiti / Conoscenze pregresse
- Conoscenze degli argomenti trattati negli insegnamenti di disegno tecnico industriale, di tecnologia meccanica e di sistemi integrati di produzione
- Capacità di utilizzare sistemi CAD
- Conoscenze di base della progettazione meccanica
- Conoscenze delle nozioni base del calcolo matriciale delle strutture
- Conoscenza dei concetti fondamentali relative alle tecnologie di produzione

Programma
Modulo di Progettazione di prodotto con metodi numeri
(docente: Prof. A. Somà)

- Analisi Matriciale di Strutture (Principi fondamentale del metodo agli elementi finiti. Funzione di forma. Matrice di rigidezza e sue proprietà.
Elementi molla. Elementi truss. Matrice di trasformazione delle coordinate. Carichi nodali equivalenti. Matrice costitutiva del materiale).
- Metodo degli Elementi Finiti (Metodi variazionali per la definizione della matrice di rigidezza. Matrice di rigidezza dell'elemento truss ricavata con il metodo dei lavori virtuali. Elementi a due dimensioni.
Stato piano di tensione. Stato piano di deformazione.
Coordinate generalizzate. Coordinate naturali. Elementi isoparametrici. Jacobiano e sue applicazioni nelle operazioni di derivazione e integrazione.
Metodi di integrazione numerica; punti di integrazione. Metodologie di modellazione.
Criteri di convergenza. Elementi assialsimmetrici.
Elementi a guscio sottile. Shell di Kirchoff. Shell di Mindlin. Il locking
- Analisi Dinamica FEM (Concetti fondamentali di analisi dinamica negli elementi finiti. Vibrazioni libere e smorzate).
Vibrazioni forzate. Formule fondamentali per i sistemi ad un grado di libertà.
Fattore di amplificazione e risonanza. Matrici in analisi dinamica.
Matrici di massa "consistenti" e "concentrate". Analisi modale. Guyan reduction.
Subspace iteration. Analisi transitoria dinamica. Sovrapposizione modale. Il fattore di partecipazione modale. Metodi di integrazione diretta; metodi impliciti ed espliciti. Il metodo di Houbolt. Il metodo di Newmark; metodo di Wilson-teta. Analisi della stabilità e della precisione dei metodi di integrazione diretta. Operatori di approssimazione e di carico. Limite di stabilità. Applicazione ai metodi delle differenze centrali, di Houbolt, Wilson-teta, Newmark. Analisi di risposta armonica.


Modulo di Progettazione di processo con metodi numerici
(docente: Ing. A. Salmi)

- La simulazione dei processi produttivi
- Generalità sulle materie plastiche
- Lo stampaggio ad iniezione e la simulazione del flusso di resina termoplastica nel processo di stampaggio a iniezione
- L’interpretazione dei risultati della simulazione e le strategie da intraprendere per migliorare la qualità del manufatto
- Introduzione agli stampi per lo stampaggio ad iniezione
- Cenni ad altre tecnologie di trasformazione dei materiali
termoplastici

Organizzazione dell'insegnamento
Modulo di Progettazione di prodotto con metodi numeri
(docente: Prof. A. Somà)
Come parte integrante dell’insegnamento sono previste esercitazioni pratiche al calcolatore sui principali argomenti svolti a lezione.
Le esercitazioni saranno svolte raggruppando gli studenti in squadre.
Ciascuna squadra dovrà preparare una relazione contenente la risoluzione dettagliata dei problemi proposti. L’attività di laboratori consiste nella soluzione di esercizi di travature reticolari con ANSYS. Modello e soluzione di strutture 2D e 3D.

Modulo di Progettazione di processo con metodi numeri
(docente: Ing. A. Salmi)
Le lezioni teoriche sono affiancate da esercitazioni in laboratorio.
Lo scopo di tali esercitazioni è la progettazione (e l’ottimizzazione) del processo di stampaggio a iniezione di un componente plastico mediante un approccio di tipo CAE. Le esercitazioni si svolgeranno presso
l’RMLab del Dipartimento di Ingegneria Gestionale e della Produzione (DIGEP) utilizzando principalmente il modulo VISI Flow del pacchetto software CAD/CAE/CAM VISI Series sviluppato da Vero Software (http://www.visicadcam.it/visiflow. Le esercitazioni saranno sviluppate in gruppi di 5 persone e saranno suddivise in due squadre.
Esse sono finalizzate alla stesura di una relazione tecnica ed una presentazione (formato PowerPoint o similari).
Durante l’ultima esercitazione, ogni gruppo dovrà:
- consegnare la relazione tecnica (la consegna degli elaborati dovrà avvenire in modalità elettronica
nell’apposita sezione del Portale della Didattica);
- illustrare il lavoro svolto facendo uso della presentazione avendo a disposizione al massimo 15 minuti (10 minuti per la presentazione e 5 per le domande).

Testi richiesti o raccomandati: letture, dispense, altro materiale didattico
Modulo di Progettazione di prodotto con metodi numerici (docente: Prof. A. Somà)
- A. Gugliotta, Elementi finiti, Editrice Otto
- R.D. Cook, Concepts and applications of finite element analysis, Wiley
- K.J. Bathe, E.L. Wilson, Numerical methods in finite element analysis, Prentice Hall

Modulo di Progettazione di processo con metodi numerici (docente: Ing. A. Salmi)
Le dispense, stampati delle diapositive utilizzate a lezione, vengono messe a disposizione agli studenti iscritti all’insegnamento sul Portale della Didattica. I testi consigliati per approfondimenti:
- S. Kalpakjian, S.R. Schmid, Manufacturing Engineering & Technology (7th Edition), Prentice Hall
- AA. VV., Manuale dello Stampista, Tecniche Nuove, Milano
- G. Bertacchi, Manuale dello Stampaggio progettato, Tecniche Nuove, Milano

Criteri, regole e procedure per l'esame
Modulo di Progettazione di prodotto con metodi numerici
(docente: Prof. A. Somà)
L’esame consiste in una prova scritta 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.

Prova scritta
Il compito consiste in 18 domande a risposta multipla valutate al massimo 1 punto ciascuna e 2 domande a risposta aperta valutate al massimo 6 punti ciascuna. Si accede alla prova orale con 18/30 della prova scritta.

Prova Orale
Per la partecipazione all'esame orale è necessario presentare le relazioni relative alle esercitazioni di progetto. La prova orale consiste nella discussione degli elaborati di progetto e di una verifica sugli argomenti svolti a lezione. Le relazioni di progetto dovranno essere redatte e depositate da ciascuna squadra sul portale della didattica entro la fine dell’insegnamento.


Modulo di Progettazione di processo con metodi numerici (docente: Ing. A. Salmi)
L'esame finale è volto ad accertare l'acquisizione delle conoscenze sulla simulazione di processo ed è organizzato in due fasi:
- la prima verte sulla valutazione della relazione tecnica e della presentazione elaborate a seguito delle esercitazioni in laboratorio (voto massimo 6/30);
- la seconda consiste in una prova orale (3/4 domande) sugli argomenti trattati nelle lezioni e sulla discussione della relazione tecnica (voto massimo 24/30).
La valutazione complessiva dell’insegnamento è la media aritmetica (arrotondata per eccesso) delle valutazioni finali ottenute nel modulo di Progettazione di prodotto con metodi numerici (docente: Prof. A. Somà) e nel modulo di Progettazione di processo con metodi numerici (docente: Ing. A Salmi).
Orario delle lezioni
Statistiche superamento esami

Programma definitivo per l'A.A.2017/18
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