Offerta Didattica

 

INGEGNERIA MECCANICA

ANALISI SPERIMENTALI E NUMERICHE PER LA PROGETTAZIONE MECCANICA

Classe di corso: LM-33 - Classe delle lauree magistrali in Ingegneria meccanica
AA: 2019/2020
Sedi: MESSINA
SSDTAFtipologiafrequenzamoduli
ING-IND/14CaratterizzanteLiberaLiberaNo
CFUCFU LEZCFU LABCFU ESEOREORE LEZORE LABORE ESE
64024824024
Legenda
CFU: n. crediti dell’insegnamento
CFU LEZ: n. cfu di lezione in aula
CFU LAB: n. cfu di laboratorio
CFU ESE: n. cfu di esercitazione
FREQUENZA:Libera/Obbligatoria
MODULI:SI - L'insegnamento prevede la suddivisione in moduli, NO - non sono previsti moduli
ORE: n. ore programmate
ORE LEZ: n. ore programmate di lezione in aula
ORE LAB: n. ore programmate di laboratorio
ORE ESE: n. ore programmate di esercitazione
SSD:sigla del settore scientifico disciplinare dell’insegnamento
TAF:sigla della tipologia di attività formativa
TIPOLOGIA:LEZ - lezioni frontali, ESE - esercitazioni, LAB - laboratorio

Obiettivi Formativi

Il corso si propone di: - Fornire conoscenze sull'utilizzo dei codici di calcolo numerico al fine di dare una robusta preparazione propedeutica all'impiego del metodo agli elementi finiti (FEM) a supporto della progettazione meccanica. - Fornire la capacità di progettare esperimenti di elevata complessità e di raccoglierne e interpretarne i dati, attraverso alcune esercitazioni pratiche di laboratorio, durante le quali viene mostrato agli studenti come applicare procedure di controllo non distruttivo, di failure analysis e di come effettuare delle prove meccaniche su componenti utilizzati appositamente a scopo didattico. Lo studente avrà anche la capacità di scegliere il metodo sperimentale più appropriato a supporto e a validazione di un modello FE in un iter di progettazione meccanica. - Fornire la capacità di comunicare gli esiti del proprio lavoro in forma sintetica ed esaustiva, attraverso la stesura e la discussione di un elaborato riguardante lapplicazione del metodo FE per lanalisi strutturale di un componente meccanico. Vengono fornite le competenze per interpretare correttamente ed in modo critico i risultati. - Fornire capacità di apprendimento necessarie per intraprendere attività di ricerca con un alto grado di autonomia mediante alcune esercitazioni in aula sull'utilizzo di software specifici per l'applicazione del metodo FE e mediante l'utilizzo di attrezzature sperimentali convenzionali ed innovative presentate durante il corso.

Learning Goals

The goal of the course is: - To provide skills in the use of numerical codes to provide a solid preparation propaedeutic to the use of finite element method (FEM) in support of the mechanical design. - To provide skills to design complex experiments, collect and interpret the data through some practical laboratory during which it is shown to the students how to apply non-destructive testing procedures, failure analysis and how to carry out the mechanical tests of components. The students will also have the capability to choose the most appropriate experimental method in support and validation of a FE model in a mechanical design flow. - To provide the skill to show the results of the work in a synthetic and comprehensive manner, through the preparation and discussion of a report on the application of the FE method for the structural analysis of a mechanical component. Skills are provided to correctly and critically interpret the results. - The learning skill required for research activity with a high degree of autonomy reached through some classroom exercises on the use of specific software for applying the FE method and through the use of conventional and innovative experimental equipments shown during the course.

Metodi didattici

Il corso si sviluppa attraverso lezioni frontali, esercitazioni in aula al notebook, nonché applicazioni degli argomenti teorici con prove sperimentali in laboratorio.

Teaching Methods

The course is developed through lectures, classroom exercises to the notebook, as well as applications of theoretical arguments with experimental tests in the laboratory.

Prerequisiti

Conoscenze di base della teoria dell'elasticità; abilità nella soluzione analitica di strutture semplici soggette a differenti sollecitazioni.

Prerequisites

Basic knowledge of the theory of elasticity and skills in the analytical solution of simple structures subjected to different loads.

Verifiche dell'apprendimento

Esame orale sugli argomenti trattati nel corso. La verifica dellapprendimento relativo alla parte sperimentale trattata durante il corso ha lo scopo di valutare che lo studente utilizzi un corretto approccio metodologico ed una corretta progettazione della campagna sperimentale, sulla base della problematica da affrontare. Inoltre, allesame è prevista una discussione su un'esercitazione FEM - presentata sotto forma di relazione tecnica, sviluppata durante lo svolgimento delle lezioni e sottoposta a revisioni periodiche concordate con il docente-- al fine di verificare le conoscenze acquisite sul metodo e la capacità di analizzare in maniera critica i risultati ottenuti, anche con lutilizzo di termini tecnici appropriati. Per gli studenti non frequentanti è prevista una prova scritta che consiste in un esercizio al computer sullapplicazione del metodo FE per lanalisi strutturale di un pezzo meccanico.

Assessment

Oral exam on the topics covered in the course. The verification of the learning regarding the experimental part of the course aims to assess that the student uses a correct methodological approach and a correct design of the experimental campaign, based on the problem to be addressed. Furthermore, the exam includes a discussion on a FEM exercise - presented in the form of a technical report, developed during the lessons and subjected to periodic reviews - in order to verify the knowledge of the method and the ability to critically analyze the obtained results, even with the use of appropriate technical terms. For non-attending students it is required a written test consisting of a computer exercise on the application of the FE method for the structural analysis of a mechanical component.

Programma del Corso

1. Metodo degli elementi finiti Introduzione al metodo degli elementi finiti. Analisi agli elementi finiti implicita ed esplicita. Funzioni di forma. Leggi costitutive dei materiali. Analisi statica lineare mediante il metodo degli elementi finiti. Metodi di Ritz-Rayleigh e di Galerkin. Analisi statica non lineare mediante il metodo degli elementi finiti. Metodo di Newton Raphson. Fase di pre-processing: definizione del problema, definizione degli elementi per la discretizzazione, metodologie e problematiche legate alla fase di discretizzazione, applicazione condizioni al contorno: carichi e vincoli. Elementi monodimensionali, bidimensionali, solidi tetraedri ed esaedri. Criteri di discretizzazione. Modellazione dei collegamenti saldati e incollati. Soluzione del problema: tipo di analisi e relative opzioni. Fase di post-processing: visualizzazione e interpretazione dei risultati, analisi della deformata, campi di tensione e deformazione. Gestione e analisi dei risultati. Esercitazioni sullutilizzo di codici commerciali FEM per lo studio di: un componente meccanico soggetto a trazione e flessione; un albero con intaglio soggetto torsione; strutture in materiale composito. 2. Tecniche sperimentali per lanalisi delle sollecitazioni e la failure analysis Tecniche sperimentali per lo sviluppo di procedure di failure analysis. Introduzione alla Termografia IR e principi base. La Termografia attiva per la valutazione dei meccanismi di collasso e danneggiamento nei componenti meccanici. Thermoelastic Stress Analysis (TSA). Introduzione alla Tomografia a raggi X e principi base. Tecniche radiogene (XRF, Industrial XCT, Industrial Digital Radioscopy; XRD per il calcolo delle tensioni residue). Applicazioni dellIndustrial XCT e Industrial Digital Radioscopy per la valutazione del danneggiamento meccanico e lidentificazione di cricche in componenti strutturali. Microscopia ottica ed elettronica per lanalisi delle superfici di frattura; EDX. Esercitazione in laboratorio: Sullapplicazione della termografia pulsata per lanalisi del danneggiamento di laminati compositi soggetti ad impatto. Sullutilizzo di macchine radiogene (tomografia e radioscopia) per lanalisi del danneggiamento meccanico di strutture light-weight. Esercitazione su microscopia ottica, elettronica ed EDX.

Course Syllabus

1. Numerical stress analysis Introduction to the finite element method (FEM). Implicit and explicit FEA. Shape functions. Constitutive laws of the materials. Linear static analysis: Ritz-Rayleigh and Galerkin methods. Non-linear analysis: Newton Raphson method. Pre-processing: problem definition, mesh and elements definition, modeling of the material behaviour, problems related to the mesh; boundary conditions. Mono-dimensional and bi-dimensional elements, tetrahedral and hexahedral elements. Mesh criteria. Modeling of welded and glued joints. Solution: analysis type and related options. Post-processing: results visualization and analysis, deformed shape, nodal displacements, stress and strain fields. Applications of FEM software: analysis of a shaft subjected to axial, bending and torsion loading analysis of composite structures. 2. Experimental techniques for stress and failure analyses Experimental techniques for failure analysis. Introduction to IR Thermography and basic principles. Active thermography for damage and collapse modes evaluation. Thermoelastic stress analysis (TSA). Introduction to X-ray Tomography and basic principles. X-ray equipments (XRF, Industrial XCT, Industrial Digital Radioscopy; XRD). X-ray Tomography for the evaluation of mechanical damage and defects identification. Optical and electronic microscopy for surface fracture analysis; EDS. Experimental tests in laboratory.

Testi di riferimento: 1. Dispense delle lezioni. 2. Belingardi G.: Il metodo degli elementi finiti nella progettazione meccanica - Levrotto & Bella. 3. H. Czichos, Handbook of Technical Diagnostics - Fundamentals and Application to Structures and Systems. Springer, 2013. 4. ASM Handbook Volume 11: Failure Analysis and Prevention.

Elenco delle unità didattiche costituenti l'insegnamento

ANALISI SPERIMENTALI E NUMERICHE PER LA PROGETTAZIONE MECCANICA

Docente: GABRIELLA EPASTO

Orario di Ricevimento - GABRIELLA EPASTO

GiornoOra inizioOra fineLuogo
Lunedì 15:30 17:30Dipartimento di Ingegneria Blocco C, 7° piano
Martedì 15:30 17:30Dipartimento di Ingegneria Blocco C, 7° piano
Note:
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