Obiettivi Formativi

Conferire agli allievi le conoscenze di base circa la progettazione di componenti meccanici, con particolare attenzione alla fase di scelta del materiale.  Gli allievi dovranno sviluppare la conoscenza e la capacità di comprensione dei fondamenti del comportamento meccanico dei materiali ingegneristici, dimostrando di riuscire ad applicare tali concetti a problemi reali. Far acquisire la capacità di progettare componenti meccanici con riferimento alla scelta dei materiali più idonei, la capacità di idealizzare la struttura reale in un modello strutturale. Comprensione delle caratteristiche di sollecitazione interna agenti in un componente soggetto a carichi esterni; comprensione del concetto di tensione e di deformazione associate alla sollecitazione interna; conoscenze di base sul comportamento meccanico di materiali ingegneristici. Far acquisire la capacità di nel verificare e/o progettare una struttura o componente rispetto ai carichi di servizio; abilità nella risoluzione di problemi. Far acquisire la capacità di individuare autonomamente gli strumenti e le fonti di dati necessarie all'analisi, alla comprensione e alla risoluzione dei problemi pertinenti l'insegnamento anche attraverso l'integrazione delle conoscenze acquisite con appropriate indagini bibliografiche tali da consentire un confronto critico tra le diverse soluzioni possibili. Far acquisire la capacità di interloquire con linguaggio tecnico appropriato alla disciplina, di collaborare in piccoli gruppi, di condividere e presentare del lavoro svolto. Abilità nell’acquisire un metodo di studio adeguato a consentire l'approfondimento delle conoscenze acquisite e ad affrontare ulteriori tematiche avanzate e/o settoriali.

Learning Goals

To give students basic knowledge about the design of mechanical components, with particular attention to the phase of choosing the material. Students will develop knowledge and understanding of the fundamentals of the mechanical behaviour of engineering materials, demonstrating that they can apply these concepts to real problems. To acquire the ability to design mechanical components with reference to the choice of the most suitable materials, the ability to idealise the real structure in a structural model. Understanding of the internal stress characteristics acting in a component subject to external loads; understanding of the concept of tension and strain associated with internal stress; basic knowledge on the mechanical behaviour of engineering materials. To acquire the ability to verify and/or design a structure or component with respect to service loads; ability to solve problems. To acquire the ability to independently identify the tools and data sources necessary for the analysis, understanding and resolution of problems pertinent to teaching, also through the integration of the knowledge acquired with appropriate bibliographic surveys such as to allow a critical comparison between the different possible solutions. To acquire the ability to speak with technical language appropriate to the discipline, to collaborate in small groups, to share and present the work done. Ability to acquire an adequate study method to allow the deepening of the knowledge acquired and to address further advanced and / or sectoral issues.

Metodi didattici

Il corso, al fine di raggiungere gli obiettivi formativi previsti, si svolge prevalentemente attraverso lezioni frontali in aula e in laboratorio. Sono inoltre previste Esercitazioni in aula e in laboratorio e seminari, con lo scopo di stimolare l’approccio ai problemi con autonomia e senso critico. Tutte le attività sono svolte con supporto di slide delle lezioni.

Teaching Methods

The course, in order to achieve the expected objectives, mainly takes place through lectures in the classroom and in the laboratory. There are also exercises in the classroom and in the laboratory and Seminars, with the aim of stimulating the approach to problem solving with autonomy and a critical thinking. All activities are carried out with the support of lecture slides.

Prerequisiti

Conoscenze di calcolo differenziale e integrale.

Prerequisites

Knowledge of differential and integral calculus.

Verifiche dell'apprendimento

L'esame consiste in una prova scritta, seguita dalla prova orale. Durante la prova scritta si chiede di eseguire lo svolgimento completo di tre esercizi. Gli argomenti e il livello di difficoltà degli esercizi corrispondono al programma svolto e ai testi di riferimento indicati. Il tempo assegnato per la prova scritta è di due ore. La valutazione della prova scritta è fatta in trentesimi. La prova scritta si ritiene superata se la valutazione complessiva non è inferiore a 15/30. Superata la prova scritta, essa ha validità per la sessione di esame entro il quale dovrà essere sostenuta la prova orale. La prova orale è incentrata sugli argomenti trattati durante il corso (definizioni, esempi rilevanti, teoremi, dimostrazioni, applicazioni, collegamenti tra i vari argomenti, etc). Essa ha il duplice scopo di verificare il livello di conoscenza e di comprensione dei contenuti del corso e di valutare l'autonomia di giudizio, la capacità di apprendimento, l'abilità comunicativa e proprietà di linguaggio scientifico e indi valutare le facoltà logico-deduttive acquisite dallo studente. Il voto finale è espresso in trentesimi e tiene conto della valutazione ottenuta durante la prova scritta e durante la prova orale. Durante le prove scritte è possibile utilizzare una calcolatrice e consultare il libro di testo. Maggiori dettagli sulle modalità di svolgimento delle prove di esame sono reperibili alla pagina Moodle del corso.

Assessment

The exam consists of a written test followed by an oral test. During the written test, students are asked to perform the complete development of three exercises. The topics and the level of the exercises correspond to the program delivered and to the reference texts indicated. The time allotted for the written test is two hours. The evaluation of the written test is scored out of thirty. The written test is considered passed if the overall evaluation is not less than 15/30. Once the written test has been passed, it is valid for the entire academic year within which the oral exam must be taken. The oral exam focuses on the topics covered during the course (definitions, relevant examples, theorems, proofs, applications, links between the various topics.). It has the dual purpose of verifying the level of knowledge and understanding of the course contents and to evaluate the autonomy of judgment, the learning ability, the communicative ability and properties of scientific language and then evaluate the logical- deductive faculties acquired by the student. The final grade is expressed out of thirty and takes into account the evaluation obtained during the written exam and during the oral exam. During the written exams, it is permitted to use a calculator and to consult the textbook. More details on the exams and past papers can be found on the Moodle page of the course.

Programma del Corso

-STATICA: 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. -STATI DI TENSIONE: 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. -CARATTERISTICHE MECCANICHE DEI MATERIALI: caratteristiche meccaniche statiche dei materiali di interesse ingegneristico, criteri di cedimento per materiali a comportamento fragile e duttile, coefficienti di sicurezza. -TRAVI: Configurazione deformata di travi (equazione della linea elastica), soluzione di problemi iperstatici e instabilità elastica. -FATICA DEI MATERIALI: fatica meccanica monoassiale ad alto numero di cicli (HCF): parametri caratteristici, diagramma SNP, effetto della tensione media (diagrammi di Haigh, Goodman-Smith). 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). Metodo Termografico e Metodo Termografico Statico. Accenni alla fatica multiassiale. Accenni alle metodologie di conteggio dei cicli. Accenni di Meccanica della frattura. Accenni alla fatica ad altissimo numeri di cicli (VHCF). -ALBERI: Progettazione di massima di alberi rotanti. -INTRODUZIONE ALLE RUOTE DENTATE: generalità; costanza del rapporto di trasmissione. Tracciamento di profili coniugati: metodo dell’inviluppo; metodo delle normali; profili di assortimento. Ruote dentate ad evolvente: generazione di profili ad evolvente; proprietà dell’evolvente; linea di azione e angolo di pressione. Definizione di passo base, passo, modulo. Dentiera di riferimento, interasse di riferimento, interasse di lavoro, angolo di pressione di lavoro. Proporzionamento ruote normali. Ruote corrette. Segmento di azione; arco di azione; condizione di continuità; fattore di ricoprimento. Interferenza; condizione di non interferenza; interferenza per ingranaggi interni (cenni). -INTRODUZIONE ALL’AFFIDABILITÀ E SICUREZZA DELLE COSTRUZIONI MECCANICHE: Strumenti Statistici, Modelli Teorici di Distribuzioni di Variabili Casuali di Tipo Continuo, Modelli Teorici di Distribuzioni di Variabili Casuali di Tipo Discreto, Sperimentazione e Interferenza Statistica, Regressione e Correlazione nell’Analisi dei Dati Sperimentali, Confronto fra parametri sperimentali di due diverse campionature. -INTRODUZIONE AL FEM: Elementi finiti nell’unidimensionale; Elementi finiti nel bidimensionale; Punti di Gauss. -INTRODUZIONE ALLO SMART DESIGN: accenni alla progettazione intelligente; logiche di ottimizzazione; utilizzo di codici calcolo; accenno all’intelligenza artificiale per la progettazione intelligente.

Course Syllabus

-STATIC: review and completion of the fundamental notions of statics (forces, moments, resultants, equivalence of systems), concentrated and distributed loads, fundamental constraints, degree of hyperstaticity. Equilibrium equations for translation and rotation in the plane and in space. -STATE OF TENSION: stress characteristics in one-dimensional structural elements subject to loads in the plane and in the space. Solid of de St Venant: extensional, flexural, torsional and shear behavior. State of tension and deformation. -MECHANICAL CHARACTERISTICS OF MATERIALS: static mechanical characteristics of materials of engineering interest, failure criteria for materials with brittle and ductile behavior, safety coefficients. -BEAMS: Deformed configuration of beams (equation of the elastic line), solution of hyperstatic problems and elastic instability. -FATIGUE: high number of cycles uniaxial mechanical fatigue (HCF): characteristic parameters, SNP diagram, effect of the mean voltage (Haigh, Goodman-Smith diagrams). From the material to the component: effect of the surface finish, the type of load, the dimensions and the notch effect. Component life and fatigue safety factor. Fatigue with stresses of varying amplitude (Palmgren-Miner cumulative damage rule). Thermographic Method and Static Thermographic Method. You mention multiaxial fatigue. See cycle counting methodologies. Hints of fracture mechanics. Mention of fatigue at very high number of cycles (VHCF). -SHAFTS: Design of rotating shafts. -INTRODUCTION TO TOOTHED WHEELS: general information; constancy of the transmission ratio. Tracing of conjugated profiles: envelope method; method of normals; assortment profiles. Involute toothed wheels: generation of involute profiles; ownership of the involute; action line and pressure angle. Definition of: basic step, step, module. Reference denture, reference distance, working distance, working pressure angle. Proportioning normal wheels. Correct wheels. Action segment; range of action; condition of continuity; coverage factor. Interference; condition of non-interference; interference for internal gears (outline). -INTRODUCTION TO RELIABILITY AND SAFETY OF MECHANICAL CONSTRUCTIONS: Statistical Tools, Theoretical Models of Distribution of Random Variables of Continuous Type, Theoretical Models of Distributions of Random Variables of Discrete Type, Experimentation and Statistical Interference, Regression and Correlation in the Analysis of Experimental Data, Comparison between experimental parameters of two different samples. -INTRODUCTION TO FEM: Finite elements in the one-dimensional; Finite elements in the two-dimensional; Gauss points. -INTRODUCTION TO SMART DESIGN: hints at intelligent design; optimization logics; use of calculation codes; reference to artificial intelligence for intelligent design.