Programma del Corso
MODULO A - MODELLIZAZIONE DI SISTEMI LINEARI E NON LINEARI
Sistemi Lineari. Modello a stati. Risoluzione di sistemi lineari mediante metodo minimi quadrati. Sistemi dinamici lineari. Risposta generale di sistemi lineari dinamici. Stabilità di sistemi lineari. (4 + 1) Trasformata di Laplace. (2 + 2) Auto-oscillazione, risonanza e processi di rilassamento. Esempi: sistemi elettrici e meccanici. (4 + 2) Sistemi dinamici non-lineari con due gradi di libertà. Stabilità di sistemi non-lineari. Oscillatori non-lineari. Esempi: sistemi elettrici e meccanici. Modello universale di oscillatori non-lineari. (6 + 2) Modulazione lineare e non-lineare di frequenza, frequency pulling e injection locking. Phase slip. Processamento di segnali lineari e nonlineari. Trasformata di Fourier. Analisi tempo frequenza. Trasformate Wavelet, Hilbert e Hilbert Huang. (5 + 5) Monitoraggio e diagnosi dei sistemi meccanici. Diagnosi intelligente di difetti meccanici. Monitoraggio di emissione di onde acustiche. Identificazione di difetti mediante tecniche di radiolocalizzazione basate sul processamento di onde acustiche. (8 + 8) Modelli numerici di sistemi dinamici. Tecniche FDTD. (2 + 2) Teoria generale di modelli non-lineari complessi. Materiali magnetici. Dispositivi spintronici. Metamateriali acustici. (5 + 2)
MODULO B - MECCANICA DELLE VIBRAZIONI
Sistemi a 2-n gradi di libertà: scrittura e soluzione delle equazioni del moto in condizioni di moto libero e di moto forzato. Approccio sistematico per la scrittura delle equazioni del moto di sistemi ad n gdl: approccio scalare (metodo degli equilibri dinamici ed equazione di Lagrange), approccio matriciale (energia cinetica, energia potenziale, funzione dissipativa, lavoro virtuale delle forse esterne), approccio modale (modi principali di vibrare, forzamento in coordinate principali) (9+6).
Vibrazione nei continui. Vibrazioni trasversali nelle funi: soluzione propagativa e soluzione stazionaria. Vibrazioni trasversali nelle travi:vibrazioni trasversali nelle travi sottoposte a carico assiale.(9)
Introduzione al metodo degli elementi finiti. Funzioni di forma: elemento mono-dimensionale (fune), elemento bi-dimensionale (trave), elementi finiti generici. Equazioni del moto. Trasformazione di coordinate: sistema di riferimento locale, sistema di riferimento assoluto. Imposizione dei vincoli e delle forze.(6+10)
Sistemi soggetti a campi di forze. Sistemi vibranti ad 1 gdl perturbanti nell’intorno della posizione di equilibrio:sistema vibrante torsionale e traslante. Sistemi vibranti ad 2 gdl perturbanti nell’intorno della posizione di equilibrio. Campi di forze puramente posizionali e campi di forze posizionali e di velocità. Instabilità da Flutter. (12+8)
Course Syllabus
MODULE A - MODELING OF LINEAR AND NONLINEAR SYSTEMS
Linear systems. State model. Least-norm solutions of underdetermined equations. Dynamical linear systems. General response of a dynamical linear system. Stability of a linear system. (4 + 1) Laplace transform. (2 + 2) Self oscillations, relaxation processes and resonant response. Examples: electrical and mechanical systems. Dynamical non-linear systems with two degrees of freedom. Stability for non-linear systems. (4 + 2) Non-linear oscillators. Examples: electrical and mechanical systems. Universal model of non-linear oscillators. Linear and non-linear frequency modulation, frequency pulling and injection locking phenomena. Phase slip. (6 + 2) Analysis of input and output signals of a non-linear dynamical systems. Fourier transform. Time-frequency characterization. Wavelet transform. Hilbert and non-linear Huang-Hilbert transform. (5 + 5) Monitoring and diagnostics of mechanical systems. Intelligent fault diagnosis. Acoustic Emission Monitoring. Detection of defects by mean of radio-localization of acoustic waves. (8 + 8) Numerical model of dynamical systems. FDTD technique. (2 + 2) General theory on modeling complex non-linear systems. Magnetic materials. Spintronic devices. Acoustic metamaterials. (5 + 2)
MODULE B - MECHANICAL VIBRATIONS
Systems to 2-n degrees of freedom: writing and solving the equations of motion in terms of free motion and forced motion. Systematic approach for writing the equations of motion of n-dof systems: scaling approach (method of dynamic equilibrium and Lagrange equations), matrix approach (kinetic energy, potential energy, dissipative function, virtual work of the external forces), modal approach (the main ways of vibrations, forcing in principal coordinates). (9+6).
Continuous systems vibrations. Transverse vibrations in the ropes: non-stationary and stationary solution. Transverse vibrations in beams: transverse vibrations in the beams under axial load. (9)
Introduction to the finite element method. Shape functions: mono-dimensional element (rope),bi-dimensional element (beam), generic finite element. Equations of motion. Coordinate transformation: local reference system, the absolute reference system. Loads and constraints. (6+10)
Systems subject to force fields. One dof system vibrating around equilibrium position: torsional and axial dof. Two dof system vibrating around equilibrium position. Positional field and positional and speed fields. Flutter instability. (12+8).