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Fundamentals of structural mechanics

09IHRLN

A.A. 2020/21

Course Language

Italian

Course degree

1st degree and Bachelor-level of the Bologna process in Automotive Engineering - Torino

Course structure
Teaching Hours
Lezioni 53
Esercitazioni in aula 27
Teachers
Teacher Status SSD h.Les h.Ex h.Lab h.Tut Years teaching
Chiandussi Giorgio Professore Associato ING-IND/14 53 27 0 0 9
Teaching assistant
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Context
SSD CFU Activities Area context
ING-IND/14 8 B - Caratterizzanti Ingegneria meccanica
2020/21
L’insegnamento fornisce la base della formazione in ambito strutturale dell’ingegneria meccanica e costituisce le fondamenta dello specifico percorso formativo che si svilupperà e completerà nel corso degli anni successivi al fine di abilitare lo studente all’esercizio della professione. L'insegnamento ha come obiettivo il fornire le conoscenze di base e le abilità necessarie fondamentali per eseguire il dimensionamento e la verifica strutturale di modelli di componenti/strutture soggetti a carichi statici e variabili nel tempo.
The course presents the basics of mechanical engineering and represents the starting level of a specific training that will be developed and completed during the following years with the aim to qualify the student to solve real structural design problems. The course aims to provide the basic knowledge and skills necessary to perform the structural design and verification of structures/components and mechanical systems subjected to static and fatigue loads.
I risultati attesi in seguito al superamento del corso sono: • Capacità di definire un equilibrio di forze e ricavare le reazioni vincolari in un modello semplificato di componente e/o struttura; • Capacità di disegnare e quantificare le caratteristiche di sollecitazione presenti su un modello semplificato di componente e/o struttura; • Capacità di determinare quale sia la sezione maggiormente sollecitata e su questa definire il punto in cui si manifesta lo stato tensionale più gravoso ai fini della resistenza; • Capacità di definire, in funzione del tipo di carico (statico o affaticante) e del tipo di cedimento del materiale (fragile o duttile), l’ipotesi di cedimento più appropriata e calcolare la tensione equivalente; • Capacità di valutare le proprietà del materiale e se necessario scegliere il materiale più idoneo all’applicazione; • Capacità di calcolare, in funzione delle richieste di verifica e/o progetto, l’appropriato coefficiente di sicurezza e/o la dimensione geometrica incognita e/o la durata del componente e/o struttura.
The expected skills after the attendance of the course are: • Ability to define a force equilibrium and to calculate the constraint reactions of a simplified model of a component and/or a structure; • Ability to draw and compute the internal force diagrams in a simplified model of a component and/or a structure; • Ability to determine the most critical cross section and to define on it the point where the most severe stress state occurs; • Ability to define, depending on load type (static or fatigue) and material type (brittle or ductile), the adequate failure criterion and to calculate the equivalent stress; • Ability to evaluate the material properties and, if necessary, to choose the most suitable material for the application; • Ability to calculate, depending on the verification and/or design requirements, the adequate safety factor and/or the unknown geometrical dimension and/or the component endurance.
Le conoscenze pregresse richieste per una proficua frequentazione del corso sono: • Conoscenza dei contenuti del corso di Matematica (studio di funzione, calcolo di derivate e integrali, calcolo matriciale, problema agli autovalori) • Conoscenza dei contenuti del corso di Fisica (concetti base di cinematica, statica e dinamica).
The required prerequisites for a useful attendance of the course are: • Concepts of Mathematics (study of functions, computation of derivatives and integrals, matrix algebra, eigenvalue problems) • Concepts of Physics (basic concepts of kinematics, statics and dynamics).
• Richiami e completamento delle nozioni fondamentali di statica (forze, momenti, risultanti, equivalenza di sistemi), carichi concentrati e distribuiti, vincoli fondamentali, grado di iperstaticità. Equazioni di equilibrio alla traslazione e alla rotazione nel piano e nello spazio. (1 CFU) • Caratteristiche di sollecitazione in elementi strutturali mono-dimensionali soggetti a carichi nel piano e nello spazio. Solido di de St Venant: comportamento estensionale, flessionale, torsionale e a taglio. Stato di tensione e di deformazione. (3,5 CFU) • Caratteristiche meccaniche statiche dei materiali di interesse ingegneristico, criteri di cedimento per materiali a comportamento fragile e duttile, coefficienti di sicurezza. (1 CFU) • Configurazione deformata di travi (equazione della linea elastica), soluzione di problemi iperstatici e instabilità elastica. (1 CFU) • Fatica meccanica monoassiale ad alto numero di cicli (HCF): parametri caratteristici, diagramma SN, effetto della tensione media (diagrammi di Haigh, Goodman-Smith, Mor e Master). Dal materiale al componente: effetto della finitura superficiale, del tipo di carico, delle dimensioni ed effetto d’intaglio. Durata del componente e coefficiente di sicurezza a fatica. Fatica con sollecitazioni di ampiezza variabile (regola del danneggiamento cumulativo di Palmgren-Miner). (1,5 CFU) Esercitazione di laboratorio (facoltativa) Esperienza di laboratorio hands-on DeXpiLab ‘Linea elastica’: assemblaggio e utilizzo di un banco di prova e del relativo sistema di carico e acquisizione dati per la misura della linea elastica di una trave doppiamente appoggiata. L’attività è facoltativa e si esegue mediante prenotazione al laboratorio aperto DeXpiLab del DIMEAS per consentire a tutti gli studenti di disporre di una postazione dedicata. Nel caso non fosse ancora possibile accedere fisicamente al DeXpiLab per motivi di sicurezza connessi alla pandemia, sarà possibile svolgere l’attività ‘Virtual DeXpiLab’ su piattaforma web. Maggiori indicazioni saranno fornite a lezione dai docenti.
• Summary and completion of fundamentals of statics (forces, moments, resultants, equivalence of systems), concentrated and distributed loads, fundamental constraints, static determinacy. Equilibrium equations with respect to translation and rotation in plane and in space domain. (1CFU) • Internal force diagrams in one-dimensional structural elements subjected to plane and spatial loading conditions. de St Venant’s theory: tension/compression, bending, torsion and shear. Stress and strain state. (3,5 CFU) • Static mechanical characteristics of materials of engineering interest, failure criteria for materials with brittle and ductile behaviour, static safety factors. (1 CFU) • Deformed shape of bending beams (elastic line equation), overconstrained problem solution and elastic instability (buckling). (1 CFU) • Uniaxial mechanical fatigue with high number of cycles (HCF): fundamental parameters, SN diagram, effect of the mean stress (Haigh, Goodman-Smith, Ros and Master diagrams). From material to component: surface finishing effect, load type effect, dimension effect and notch effect. Component life and fatigue safety factor. Fatigue with varying amplitude stress (Palmgren-Miner cumulative damage rule). (1.5 CFU) Laboratory experience (optional) DeXpiLab 'Elastic line' hands-on laboratory experience: assembly and use of a test bench and related loading and data acquisition system for measuring the elastic line of a doubly supported beam. The activity is optional and is carried out by booking at the DIMEAS open DeXpiLab laboratory to allow all students to have a dedicated workstation. If it is still not possible to physically access DeXpiLab for security reasons related to the pandemic, it will be possible to carry out the 'Virtual DeXpiLab' activity on the web platform. More information will be provided in class by the teachers.
• Lezioni teoriche (47 ore); • Esercitazioni in aula a squadre sui vari argomenti trattati a livello teorico (33 ore).
• Theory lessons (47 hours); • Practice classes on subjects presented at theory classes (33 hours).
Testo di riferimento: • A. Somà, Fondamenti di meccanica strutturale, Ed. Levrotto & Bella, 2013. Testi per ulteriori approfondimenti: • R.C. Juvinall, K.M. Marshek, Fondamenti della progettazione dei componenti delle macchine, Ed. ETS. • J. A. Collins, Failure of materials in mechanical design, Ed. J. Wiley. • M. Rossetto, Introduzione alla fatica dei materiali e dei componenti meccanici, Ed. Levrotto & Bella. • L. Goglio, Fondamenti di Meccanica Strutturale (shareware).
Reference textbook: • A. Somà, Fondamenti di meccanica strutturale, Ed. Levrotto & Bella, 2013. Possible additional deepening textbooks: • R.C. Juvinall, K.M. Marshek, Fondamenti della progettazione dei componenti delle macchine, Ed. ETS. • J. A. Collins, Failure of materials in mechanical design, Ed. J. Wiley. • M. Rossetto, Introduzione alla fatica dei materiali e dei componenti meccanici, Ed. Levrotto & Bella. • L. Goglio, Fondamenti di Meccanica Strutturale (shareware).
Modalità di esame: Prova orale facoltativa; Elaborato scritto individuale; Prova scritta a risposta aperta o chiusa tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo Exam integrata con strumenti di proctoring (Respondus);
L’esame ha lo scopo di verificare le competenze indicate nella Sezione “Risultati dell’apprendimento attesi”. Gli obiettivi che l'esame intende accertare sono pertanto: la corretta scrittura degli equilibri di forze e la corretta valutazione delle reazioni vincolari, la corretta valutazione e rappresentazione grafica delle caratteristiche di sollecitazione, la corretta determinazione della sezione maggiormente sollecitata e l’identificazione del punto con lo stato tensionale più gravoso, la corretta scelta dell’ipotesi di cedimento più appropriata per il calcolo della tensione equivalente, la corretta valutazione del coefficiente di sicurezza e/o della dimensione geometrica e/o della durata del modello di componente/struttura in esame. Numero e tipologia di prove: esame scritto (obbligatorio) ed esame orale (non obbligatorio). - esame scritto: somministrazione mediante la piattaforma Exams del Politecnico di Torino con l’uso del software di proctoring automatico Respondus. La prova ha durata di 2,5 ore ed è composta da 3 esercizi articolati in più quesiti a risposta numerica e/o grafica che devono essere affrontati in modo sequenziale e indipendente (ovvero, la soluzione di un problema non dipende dalle soluzioni dei problemi precedenti) e da 1 domanda di teoria a risposta aperta. Per accedere al compito scritto, è necessario presentarsi muniti di documento di identificazione, calcolatrice scientifica, cancelleria minima (penna blu o nera, matita, gomma, righello, squadrette e compasso). Durante lo scritto non è consentito consultare appunti o altro materiale. Anche la chiarezza espositiva e le rappresentazioni grafiche costituiscono oggetto di valutazione. - esame orale: la prova si svolge tramite Virtual Classroom al fine di consentire la registrazione della prova a tutela dello studente e del docente. Possono sostenere l’esame orale soltanto gli studenti che hanno ottenuto un punteggio minimo dello scritto pari a 18/30. L’orale deve essere affrontato nell’ambito dello stesso appello dello scritto. L’orale consiste nella risposta a un minimo di 2 domande sul contenuto dell’intero insegnamento. - la descrizione della prova di laboratorio (DeXpiLab), da consegnare prima della sessione di esami, viene valutata fra 0 e 2 punti La facoltà di non sostenere l’orale comporta: • per coloro che abbiano conseguito nel compito scritto un punteggio compreso tra 18 e 26, la registrazione del punteggio ottenuto come voto finale in trentesimi; • per coloro che abbiano conseguito nello scritto un punteggio superiore a 26, la registrazione di un voto finale pari a 26/30. L’assenza dello studente alla data disponibile per l’orale viene considerata come scelta di non sostenere l’orale e quindi come implicita accettazione del voto ottenuto nello scritto, secondo le regole sopra esposte. Il voto finale dell’esame è calcolato come media aritmetica delle valutazioni conseguite nello scritto e nell’orale facoltativo alla quale verrà sommata la valutazione dell’eventuale descrizione della prova di laboratorio facoltativa (DeXpiLab).
Exam: Optional oral exam; Individual essay; Computer-based written test with open-ended questions or multiple-choice questions using the Exam platform and proctoring tools (Respondus);
The exam aims to verify the skills indicated in the “Expected Learning Outcomes” section. The objectives that the examination intends to ascertain are therefore: the correct writing of the balance of forces and the correct evaluation of the constraint reactions, the correct evaluation and graphic representation of the stress characteristics, the correct determination of the most stressed section and the identification of the point with the most severe stress state, the correct choice of the most appropriate failure hypothesis for the calculation of the equivalent stress, the correct assessment of the safety coefficient and/or the geometric dimension and/or duration of the component/structure model in question. The exam is characterized by a written part and an optional oral part. - written exam: carried out through the Exams platform of the Politecnico di Torino with the use of the Respondus automatic proctoring software. The exam duration is equal to 2,5 hours, consists in the solution of 3 numerical exercises subdivided into several numerical and/or graphical answer questions that must be addressed sequentially and independently (that is, the solution to a problem does not depend on the solutions of the previous problems ) and in 1 open-answer theoretical question. To attend of the written part of the exam, it is necessary to show an identification document, scientific calculator, minimum stationery material (blue or black pen, pencil, rubber, ruler, set of square and compass). During the written part of the exam, notes, textbooks and every other didactical stuff cannot be used. Exposition clarity and clear graphic representations constitute additional subject for the evaluation. - oral exam: it takes place through Virtual Classroom in order to allow the recording of the test to protect the student and the teacher. Only students who have obtained a minimum score of 18/30 in the written part can attend the oral part of the exam. The oral part of the exam must be taken during the same call of the written part. The oral exam consists in at least 2 questions on the contents of the whole course. - the description of the laboratory test (DeXpiLab), to be delivered before the exam session, is assessed between 0 and 2 points. If the oral exam is not attended: • for students having reached a score ranging between 18 and 26 in the written part, the final score of the exam will correspond to the score of the written exam; • for students having reached a score larger than 26 in the written part, the final score of the exam will correspond to 26/30. The absence of the student to the official date of the oral part will be considered as choice to not take part to the oral part and therefore as implicit acceptance of the score obtained in the written part, according to the above exposed rules. The final score of the exam is defined as the average of the two scores reached in the written and in the oral parts.
Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale facoltativa; Prova scritta a risposta aperta o chiusa tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo Exam integrata con strumenti di proctoring (Respondus); Elaborato progettuale individuale;
L’esame ha lo scopo di verificare le competenze indicate nella Sezione “Risultati dell’apprendimento attesi”. Gli obiettivi che l'esame intende accertare sono pertanto: la corretta scrittura degli equilibri di forze e la corretta valutazione delle reazioni vincolari, la corretta valutazione e rappresentazione grafica delle caratteristiche di sollecitazione, la corretta determinazione della sezione maggiormente sollecitata e l’identificazione del punto con lo stato tensionale più gravoso, la corretta scelta dell’ipotesi di cedimento più appropriata per il calcolo della tensione equivalente, la corretta valutazione del coefficiente di sicurezza e/o della dimensione geometrica e/o della durata del modello di componente/struttura in esame. Numero e tipologia di prove: esame scritto (obbligatorio), esame orale (facoltativo) e Report sulla Esercitazione di Laboratorio (facoltativa). - esame scritto: nella modalità in remoto l'esame scritto verrà somministrato mediante la piattaforma Exams del Politecnico di Torino con l’uso del software di proctoring automatico Respondus, nella modalità in presenza l'esame scritto verrà somministrato presso un'aula del Politecnico di Torino. La prova ha durata di 2,5 ore ed è composta da 3 esercizi articolati in più quesiti a risposta numerica e/o grafica che devono essere affrontati in modo sequenziale e indipendente (ovvero, la soluzione di un problema non dipende dalle soluzioni dei problemi precedenti) e da 1 domanda di teoria a risposta aperta. Per accedere al compito scritto, è necessario presentarsi muniti di documento di identificazione, calcolatrice scientifica, cancelleria minima (penna blu o nera, matita, gomma, righello, squadrette e compasso). Durante lo scritto non è consentito consultare appunti o altro materiale. Anche la chiarezza espositiva e le rappresentazioni grafiche costituiscono oggetto di valutazione. - esame orale: nella modalità in remoto la prova si svolge tramite Virtual Classroom al fine di consentire la registrazione della prova a tutela dello studente e del docente, nella modalità in presenza l'esame scritto verrà sostenuto presso un'aula del Politecnico di Torino. Possono sostenere l’esame orale soltanto gli studenti che hanno ottenuto un punteggio minimo dello scritto pari a 18/30. L’orale deve essere affrontato nell’ambito dello stesso appello dello scritto. L’orale consiste nella risposta a un minimo di 2 domande sul contenuto dell’intero insegnamento. - la descrizione della prova di laboratorio (DeXpiLab), da consegnare prima della sessione di esami, viene valutata fra 0 e 2 punti. La facoltà di non sostenere l’orale comporta: • per coloro che abbiano conseguito nel compito scritto un punteggio compreso tra 18 e 26, la registrazione del punteggio ottenuto come voto finale in trentesimi; • per coloro che abbiano conseguito nello scritto un punteggio superiore a 26, la registrazione di un voto finale pari a 26/30. L’assenza dello studente alla data disponibile per l’orale viene considerata come scelta di non sostenere l’orale e quindi come implicita accettazione del voto ottenuto nello scritto, secondo le regole sopra esposte. Il voto finale dell’esame è calcolato come media aritmetica delle valutazioni conseguite nello scritto e nell’orale facoltativo alla quale verrà sommata la valutazione dell’eventuale descrizione della prova di laboratorio facoltativa (DeXpiLab).
Exam: Written test; Optional oral exam; Computer-based written test with open-ended questions or multiple-choice questions using the Exam platform and proctoring tools (Respondus); Individual project;
The exam aims to verify the skills indicated in the “Expected Learning Outcomes” section. The objectives that the examination intends to ascertain are therefore: the correct writing of the balance of forces and the correct evaluation of the constraint reactions, the correct evaluation and graphic representation of the stress characteristics, the correct determination of the most stressed section and the identification of the point with the most severe stress state, the correct choice of the most appropriate failure hypothesis for the calculation of the equivalent stress, the correct assessment of the safety coefficient and/or the geometric dimension and/or duration of the component/structure model in question. The exam is characterized by a written part and an optional oral part. - written exam: in remote mode, the written exam will be administered through the Exams platform of the Politecnico di Torino with the use of the Respondus automatic proctoring software, in the presence mode, the written exam will be administered in a classroom of the Politecnico di Torino. The exam duration is equal to 2,5 hours, consists in the solution of 3 numerical exercises subdivided into several numerical and/or graphical answer questions that must be addressed sequentially and independently (that is, the solution to a problem does not depend on the solutions of the previous problems ) and in 1 open-answer theoretical question. To attend of the written part of the exam, it is necessary to show an identification document, scientific calculator, minimum stationery material (blue or black pen, pencil, rubber, ruler, set of square and compass). During the written part of the exam, notes, textbooks and every other didactical stuff cannot be used. Exposition clarity and clear graphic representations constitute additional subject for the evaluation. - oral exam: in the remote mode, the test takes place via Virtual Classroom in order to allow the recording of the test to protect the student and the teacher, in the presence mode, the written exam will be taken in a classroom of the Politecnico di Torino. Only students who have obtained a minimum score of 18/30 in the written part can attend the oral part of the exam. The oral part of the exam must be taken during the same call of the written part. The oral exam consists in at least 2 questions on the contents of the whole course. - the description of the laboratory test (DeXpiLab), to be delivered before the exam session, is assessed between 0 and 2 points. If the oral exam is not attended: • for students having reached a score ranging between 18 and 26 in the written part, the final score of the exam will correspond to the score of the written exam; • for students having reached a score larger than 26 in the written part, the final score of the exam will correspond to 26/30. The absence of the student to the official date of the oral part will be considered as choice to not take part to the oral part and therefore as implicit acceptance of the score obtained in the written part, according to the above exposed rules. The final score of the exam is defined as the average of the two scores reached in the written and in the oral parts.


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