Obiettivi Formativi

MODULO A - PROGETTAZIONE MECCANICA DI VEICOLI TERRESTRI Lo studente al termine del corso sarà in grado di effettuare: • il dimensionamento statico e a fatica e/o verifica dei principali organi meccanici di interesse per i veicoli (tranne il motore). • previsione del comportamento su strada del veicolo e determinazione delle sollecitazioni. Sarà pertanto in grado di assolvere le funzioni di progettista dei componenti di un autoveicolo presso le aziende specializzate del settore. MODULO B - METODOLOGIE DELLA PROGETTAZIONE MECCANICA Il Corso si propone di presentare le principali problematiche legate all'integrità strutturale.

Learning Goals

MODULE A - MECHANICAL DESIGN OF LAND VEHICLES The student at the end of the course will be able to perform: • the design static and fatigue and / or verification of the main mechanical components of interest for vehicles (except the engine). • road behaviour of the vehicle and stress determination. It will therefore be able to design the components of a vehicle at the companies of the sector. MODULE B - METHODS OF MECHANICAL DESIGN The goal of the course is to make the students familiar with the basic knowledge of structural integrity.

Metodi didattici

MODULO A - PROGETTAZIONE MECCANICA DI VEICOLI TERRESTRI Lezioni frontali in aula ed esercitazioni in laboratorio. MODULO B - METODOLOGIE DELLA PROGETTAZIONE MECCANICA Lezione orale frontale Esercitazioni relative a problemi connessi con gli argomenti sviluppati durante il corso Esercitazioni su prove sperimentali.

Teaching Methods

MODULE A - MECHANICAL DESIGN OF LAND VEHICLES Lectures and laboratory activities. MODULE B - METHODS OF MECHANICAL DESIGN Lectures. Exercises. Experimental tests in laboratory.

Prerequisiti

MODULO A - PROGETTAZIONE MECCANICA DI VEICOLI TERRESTRI • Principi della progettazione meccanica; • Elementi di dinamica delle macchine, con particolare riferimento alla dinamica dei rotori ed alle vibrazioni nei continui; • Uso di programmi CAD e per il calcolo strutturale; • Conoscenza delle principali tecnologie per la produzione di grande serie; • Conoscenze di base sui motori a combustione interna, sulle loro prestazioni e sulle problematiche energetiche e di impatto ambientale; • Conoscenze di base sui motori elettrici. MODULO B - METODOLOGIE DELLA PROGETTAZIONE MECCANICA Conoscenze di base della teoria dell''elasticità e abilità nella soluzione analitica di strutture semplici soggette a differenti sollecitazioni.

Prerequisites

MODULE A - MECHANICAL DESIGN OF LAND VEHICLES • Principles of mechanical design; • Elements of machine dynamics, with particular reference to the dynamics of the rotors and the vibrations in the continuous; • Use of CAD programs and structural calculations; • Knowledge of the main technologies for mass production; • Basic knowledge on internal combustion engines, their performance and energy issues and environmental impact; • Basic knowledge on electric motors. MODULE B - METHODS OF MECHANICAL DESIGN Basic knowledge of the theory of elasticity and skills in analytical solution of simple structures subjected to different load types.

Verifiche dell'apprendimento

MODULO A - PROGETTAZIONE MECCANICA DI VEICOLI TERRESTRI La modalità di verifica prevede: • Una esercitazione personale e/o di gruppo; • Prova Scritta; • Prova orale. MODULO B - METODOLOGIE DELLA PROGETTAZIONE MECCANICA Verifica in itinere Esame orale finale.

Assessment

MODULE A - MECHANICAL DESIGN OF LAND VEHICLES Test mode includes: • A personal and/or group exercising; • Written Exam; • Oral. MODULE B - METHODS OF MECHANICAL DESIGN Test in progress Final oral examination.

Programma del Corso

MODULO A - PROGETTAZIONE MECCANICA DI VEICOLI TERRESTRI • Pneumatico: teoria dell’aderenza, deriva. • Aerodinamica: resistenze al moto dei veicoli su strada. • Potenza: utilizzazione della potenza a bordo del veicolo. • Dinamica: veicolo in moto rettilinea vario, curve di utilizzazione, frenatura del veicolo, stabilità del veicolo in frenatura e in curva. • Materiali: principali materiali nell''''''''ambito dei veicoli su strada. • Telaio: tipologie principali di telai e scocche portanti; condizioni di carico e requisiti funzionali di riferimento; metodologie di calcolo. • Architettura del veicolo: schemi della trazione anteriore e posteriore. • La sospensione: gli assali, gli ammortizzatori. • Organi di sterzatura. • Organi di frenatura: freni e arresti, impianti frenanti, servofreni, ABS. • Organi di Macchine: sincronizzatori, cambio, differenziale, innesti, giunti, pistoni, fasce elastiche, spinotti, bielle, cuscinetti, ingranaggi, trasmissione a catena, alberi a gomito, assi, organi di intercettazione, cinghie, volani. MODULO B - METODOLOGIE DELLA PROGETTAZIONE MECCANICA 1. TEORIA DELLA TRAVE ELASTICA Teoria della trave elastica Sollecitazione di trazione, compressione, flessione, torsione e taglio Esercitazione: Dimensionamento di sezioni soggette a differenti condizioni di carico 2. PROGETTAZIONE MECCANICA Integrità strutturale Analisi degli stati limite Meccanismi di frattura Plasticità Frattura fragile Buckling Frattura dinamica Vibrazioni e crashworthiness Impatto e collisioni Strutture lightweight Esercitazione: Prove di caratterizzazione meccanica 3. VIBRAZIONI Analisi delle vibrazioni: sistemi ad 1 gdl Analisi delle vibrazioni: sistemi ad n gdl 4. VIBRAZIONI FLESSIONALI Velocità critiche degli alberi rotanti Alberi con massa puntiforme Effetto giroscopico Effetto di una forza assiale e di una forza di taglio Alberi con più di una massa applicata Proprietà delle velocità critiche flessionali Formula di Dunkerley Metodo di Stodola e di Von Borowicz 4. OSCILLAZIONI TORSIONALI DEGLI ALBERI Riduzione del sistema reale ad un sistema di calcolo Determinazione delle frequenze proprie Scomposizione in armoniche del momento motore Diagramma stellare Studio delle condizioni di risonanza Dimensionamento dell’albero in risonanza Esercitazione: Vibrazioni torsionali della linea d’assi 5. MECCANICA DELLA FRATTURA Meccanica della Frattura Statica Elasto-Lineare Stato tensionale all’apice della cricca Fattore delle intensificazione delle tensioni Progettazione secondo i criteri della Meccanica della Frattura Elasto-Lineare Failure Assessment Diagram Meccanica della Frattura Statica Elasto-Plastica Meccanica della Frattura Dinamica (legge di Paris) Resistance curve approach Esercitazione: Applicazioni della Meccanica della Frattura Legge di Paris 6. PROGETTAZIONE A FATICA Meccanismo del fenomeno di fatica High Cycle Fatigue Curva S-N Influenza della tensione media Fatica ad ampiezza variabile (legge di Miner) Low Cycle Fatigue Effetti di intaglio nella progettazione a fatica (Notch stress e Notch strain approaches) Progettazione a fatica delle strutture meccaniche Prove full scale ed effetto scala Fatica sui compositi Esercitazione: Stress life e strain life approaches Legge del Miner Prove di fatica Prove full scale 7. ANALISI A FATICA DEI COLLEGAMENTI SALDATI Resistenza a fatica dei giunti saldati Metodi per la determinazione della resistenza a fatica dei giunti saldati Curve S-N dei giunti saldati riportate nelle normative Classi dei giunti saldati Influenza del rapporto di carico e dello spessore Esercitazione: Prove su giunti saldati Analisi FEM di giunti saldati

Course Syllabus

MODULE A - MECHANICAL DESIGN OF LAND VEHICLES • Tyre: adhesion theory, derives. • Aerodynamics: resistance to motion of vehicles. • Power: use of power in the vehicle. • Dynamic: rectilinear motion, motorcycle in curves, braking of the vehicle, vehicle stability. • Materials: the main materials used. • Frame: main types of frames; load conditions and functional requirements; calculation methodologies. • Architecture of the vehicle: front-wheel drive and rear wheel drive. • The suspension: axles, dampers. • Components for steering. • Components for braking: brake and stop, braking systems, servo, ABS. • Machine device: synchronizers, transmission, differential, couplings, joints, pistons, piston rings, piston pins, connecting rods, bearings, gears, chain, crank shafts, axes, shut-off, belts, flywheels. MODULE B - METHODS OF MECHANICAL DESIGN 1. THEORY OF THE ELASTICITY Theory of the elastic beam Tensile and compressive stress Bending stress Stress of shear load Stress of torsional moment Tutorial: Design of beams subjected to different load types 2. MACHINE DESIGN Structural integrity Limit states and failure modes Brittle failure Platicity Buckling Dynamic fracture Vibration and crashworthiness Impact and collision Lightweight structures Tutorial: Laboratory experiences of mechanical characterization 3. FLEXURAL VIBRATIONS Vibration theory Single Degree-of-Freedom Systems: Governing Equations Multiple Degree-of-Freedom Systems: Governing Equations 4. FLEXURAL VIBRATIONS Critical speed of shafts Modes of flexural vibrations Shafts with a single mass Gyroscopic effect Effect of a tensile or compression stress Effect of a shear stress Shafts with n - masses Properties of bending critical speeds Dunkerley’s Method Stodola’s Method Von Borowicz’s Method 5. TORSIONAL OSCILLATIONS OF SHAFTS Modes of torsional vibrations Torsional oscillations of a crankshaft Modelling of the real mechanical system Determination of natural frequencies Harmonic breakdown of engine torque Stellar Diagram Study of resonance conditions. Tutorial: Torsional vibrations of a diesel-driven propulsion system 5. FRACTURE MECHANICS Linear–Elastic Fracture Mechanics (energetic and tensional approaches) R - curve Stress field at crack tip (Westergaard equations) Stress intensity factor Linear–Elastic Fracture Mechanics in engineering design Structural assessment based on the Failure Assessment Diagram Elasto–Plastic Fracture Mechanics (energetic and tensional approaches) Dynamic Fracture Mechanics (Paris law) Mean stress effects Resistance curve approach Tutorial: Applications of Linear–Elastic Fracture Mechanics and Linear–Plastic Fracture Mechanics Paris law application 6. FATIGUE ANALYSIS Mechanisms of fatigue Fatigue fracture surface High Cycle Fatigue: stress based approach S-N curve Mean stress effects Fatigue design under variable loading Low Cycle Fatigue: strain based approach Stress concentrations and notches (Notch stress approach, Notch strain approach) Fatigue in engineering design Full scale tests and size effect Fatigue of composites Tutorial: Fatigue strength assessment and load ratio effect by S-N approach Fatigue strength assessment by ε-N approach Calculation of damage accumulation by Miner law application Fatigue tests Full scale tests 7. FATIGUE ANALYSIS OF WELDED JOINTS Fatigue strength of welded joints Methods for the assessment of the fatigue strength of welds S-N curves of welded joints reported in the current codes Fatigue Class of welded joints Load ratio and thickness effects Tutorial: Fatigue tests on welded joints Finite element analyses of welded joints