Obiettivi Formativi

Il corso si propone di sviluppare le conoscenze relative alla misura delle vibrazioni e del comfort acustico, con particolare riferimento all’impiego di tecniche avanzate di analisi modale e di localizzazione delle sorgenti di rumore tramite beamforming e olografia acustica. Al termine del corso lo studente dovrà avere la capacità di: progettare e condurre esperimenti di elevata complessità, interpretare i dati, stimare l’incertezza e l’accuratezza di misura, verificare i modelli modali, stabilire le strategie appropriate per il miglioramento del comfort vibroacustico; applicare le conoscenze ingegneristiche acquisite allo svolgimento, individuale o nell'ambito di gruppi di lavoro, di attività di progettazione e di sviluppo pratico dei concetti teorici acquisiti, utilizzando tecniche e strumenti di misura adeguati; far comprendere anche a interlocutori non specialisti le problematiche e le soluzioni applicative nei campi dell'ingegneria meccanica. Le attività formative svolte in laboratorio contribuiranno a far acquisire allo studente la capacità di lavorare in team, stimolando il confronto (tra studente e docente, tra studenti, tra studenti ed esperti esterni).

Learning Goals

The course aims to develop knowledge relating to the measurement of vibrations and acoustic comfort, with particular reference to the use of advanced techniques of modal analysis and for the localization of noise sources through beamforming and acoustic holography. At the end of the course, the student must have the ability to: design and conduct highly complex experiments, interpret data, estimate measurement uncertainty and accuracy, verify modal models; establish the appropriate strategies to improve vibroacoustic comfort; apply the acquired engineering knowledge to the development, individually or in the context of work groups, of design activities and practical development of the theoretical concepts acquired, using appropriate measurement techniques and tools; to make non-specialist interlocutors understand the problems and the applicative solutions in the fields of mechanical engineering. The training activities carried out in the laboratory will help the student to acquire the ability to work in a team, stimulating confrontation (between student and teacher, between students, between students and external experts).

Metodi didattici

Il corso comprende esercitazioni in aula per l’approfondimento degli argomenti trattatati a lezione ed esercitazioni in laboratorio per l’applicazione dei concetti sviluppati.

Teaching Methods

In addition to frontal lessons, the course includes both practical training in classroom and experimental work in laboratory.

Prerequisiti

Principi di meccanica del continuo, misure meccaniche, elementi di statistica applicata all’ingegneria, dinamica e meccanica delle vibrazioni.

Prerequisites

Basic knowledge of continuum mechanics, mechanical measurements, statistics applied to engineering, dynamics and vibration mechanics.

Verifiche dell'apprendimento

L'esame prevede una prova in itinere scritta ed una prova finale orale. Il voto sarà determinato come media aritmetica dei voti parziali conseguiti nelle due prove. Coloro i quali non hanno sostenuto o non hanno superato la prova in itinere, dovranno svolgere una prova scritta contestualmente alla prova orale. Anche in questo caso, il voto sarà determinato come media aritmetica dei voti parziali conseguiti nelle due prove.

Assessment

The exam includes an ongoing written test and a final oral test. The mark will be determined as the arithmetic mean of the partial marks obtained in the two tests. Those who have not taken or passed the on-going test will have to take a written test together with the oral test. Again, the grade will be determined as the arithmetic mean of the partial marks obtained in the two tests.

Programma del Corso

• Rumore e vibrazioni – Principi di base, classificazione, relazioni di causa ed effetto. • Analisi dei segnali nel dominio del tempo e nel dominio della frequenza – Segnali periodici, segnali random, segnali pseudo-random. Funzioni di trasferimento. Trasformata di Laplace. • Modello a parametri concentrati – Descrizione del comportamento dinamico di sistemi di ordine 0, 1 e 2 con ingressi canonici (risposta ad ingressi a gradino, a rampa, armonici, impulsivi). Determinazione della risposta transitoria. Determinazione della risposta a regime. Determinazione sperimentale dei parametri caratteristici del sistema. • Misura di segnali tempo-varianti – Amplificazione, filtraggio, modulazione in ampiezza, circuiti operazionali, conversione A/D e campionamento di un segnale. • Ingressi indesiderati – Disturbi interferenti e modificatori, effetti di inserzione, metodi di riduzione dei disturbi. • Misure di vibrazione – Principi e metodi di misura. Strumentazione: accelerometri, celle di carico, vibrometri laser Doppler, analizzatore di spettro, martelli strumentati, shaker elettrodinamici. • Analisi Modale Sperimentale (OMA, ODS) – Calcolo della FRF, errori, scelta degli stimatori di qualità della FRF: auto-spettro, cross-spettro, funzione di coerenza. • Modalità di eccitazione – Casuale, pseudo-casuale, ad impatto. • Misure acustiche: principi, strumenti e metodi di misura, microfoni. • Tecniche di identificazione delle sorgenti di rumore nel campo vicino – Olografia acustica: principi di base, tecniche di misura, applicazioni. • Tecniche di identificazione delle sorgenti di rumore nel campo lontano – Beamforming: principi di base, tecniche di misura, applicazioni. • Principi di NVH nella progettazione degli autoveicoli – Rumore tonale ed a banda larga. Le sorgenti di rumore: organi meccanici, carrozzeria, strada, vento. Esempi applicativi.

Course Syllabus

• Noise and Vibrations - Basic principles, classification, cause and effect relationships. • Analysis of signals in the time domain and in the frequency domain - Periodic signals, random signals, pseudo-random signals. Transfer functions. Laplace transform. • Lumped parameter model - Description of the dynamic behavior of systems of order 0, 1 and 2 with canonical inputs (response to step, ramp, harmonic, impulse inputs). Determination of the transient response. Determination of the steady-state response. Experimental determination of the characteristic parameters of the system. • Measurement of time-varying signals - Amplification, filtering, amplitude modulation, operational circuits, A / D conversion and sampling of a signal. • Unwanted Inputs - Interfering and modifying disturbances, insertion effects, noise reduction methods. • Vibration measurements - Principles and methods of measurement. Instrumentation: accelerometers, load cells, laser Doppler vibrometers, spectrum analyzer, instrumented hammers, electrodynamic shakers. • Experimental Modal Analysis (AOM, ODS) - Calculation of FRF, errors, choice of FRF quality estimators: auto-spectrum, cross-spectrum, coherence function. • Excitation Modes - Random, pseudo-random, impact. • Acoustic measurements: principles, instruments and methods of measurement, microphones. • Techniques for identifying sources of noise in the near field - Acoustic holography: basic principles, measurement techniques, applications. • Techniques for identifying sources of noise in the far field - Beamforming: basic principles, measurement techniques, applications. • Principles of NVH in vehicle design - Tonal and broadband noise. The sources of noise: mechanical parts, bodywork, road, wind. Application examples.