Obiettivi Formativi

Il corso si propone di: fornire le conoscenze relative ai principali aspetti legati alla progettazione strutturale dei veicoli terrestri e all’integrità strutturale; far acquisire capacità nel dimensionamento statico e a fatica e/o verifica dei principali organi meccanici di interesse per i veicoli (tranne il motore); far acquisire capacità di previsione del comportamento su strada del veicolo e determinazione delle sollecitazioni; trasferire la capacità di applicare le conoscenze acquisite per analizzare il comportamento dinamico di strutture e sistemi meccanici e per l’analisi teorica e sperimentale delle sollecitazioni in campo statico e dinamico; fornire padronanza nei metodi generali di approccio ai problemi della progettazione meccanica; far acquisire capacità di assolvere le funzioni di progettista dei componenti di un veicolo presso le aziende specializzate del settore; stimolare l’autonomia di giudizio per effettuare scelte progettuali corrette; fornire la capacità di comunicare gli esiti del proprio lavoro in forma sintetica ed esaustiva con linguaggio tecnico appropriato, attraverso la stesura e la discussione di un elaborato personale e/o di gruppo riguardante gli argomenti del corso; fornire capacità di apprendimento necessarie per intraprendere studi successivi con un alto grado di autonomia e per accedere alle opportunità occupazionali nell’ambito automotive e della progettazione meccanica.

Learning Goals

This course is addressed to provide: knowledge on the main problems related to the structural design of land vehicles and the structural integrity; skills applied to static and fatigue design and/ or verification of the main mechanical parts of interest for vehicles (except the engine); skills applied prediction of the vehicle behavior on the road and stress evaluation; skills for analysing the dynamic behaviour of mechanical structures and systems and for analysing the stress fields in static and dynamic conditions using theoretical and experimental approaches; skills in the methods of mechanical design. Skills to perform the roles of a designer of motor vehicle components at specialized companies in this sector and to make the correct design choices with a high degree of autonomy; skills to communicate the results of one’s work in a concise and exhaustive form with an appropriate technical language, through the drafting and discussion of personal and/or group activity on the course topics; learning skills necessary to undertake subsequent studies with a high degree of autonomy or to access employment opportunities in the automotive sector and in the field of mechanical design.

Prerequisiti

principi della progettazione meccanica; elementi di dinamica delle macchine, conoscenze di base sui motori elettrici, conoscenze di base della teoria dell'elasticità e abilità nella soluzione analitica di strutture semplici soggette a differenti sollecitazioni.

Prerequisites

principles of mechanical design; elements of machine dynamics, basic knowledge of electric motors, basic knowledge of theory of elasticity and skills in analytical solution of simple structures subjected to different load types.

Programma del Corso

------------------------------------------------------------ Modulo: 3070/1 - PROGETTAZIONE MECCANICA DI VEICOLI TERRESTRI ------------------------------------------------------------ - Introduzione alla Dinamica dei Veicoli a 2 e 4 ruote: in moto rettilinea vario, curve di utilizzazione, frenatura del veicolo, stabilità del veicolo in frenatura e in curva. - Pneumatico: teoria dell’aderenza, deriva. - Aerodinamica dei Veicoli a 2 e 4 ruote: resistenze al moto dei veicoli su strada. - La sospensione dei Veicoli a 2 e 4 ruote: gli assali, gli ammortizzatori. - Materiali per i Veicoli a 2 e 4 ruote: principali materiali nell' ambito dei veicoli su strada. - Telaio dei Veicoli a 2 e 4 ruote: tipologie principali di telai e scocche portanti; condizioni di carico e requisiti funzionali di riferimento; metodologie di calcolo. - Organi di Macchine: freni e arresti, cambio, differenziale, innesti, giunti, pistoni, fasce elastiche, spinotti, bielle, cuscinetti, ingranaggi, trasmissione a catena, alberi a gomito, assi, organi di intercettazione, cinghie, volani. - Progettazione a Fatica: Fatica ad ampiezza variabile; Danneggiamento cumulativo a fatica; Fatica multiassiale; Progettazione a fatica delle strutture meccaniche. ------------------------------------------------------------ Modulo: 3070/2 - METODOLOGIE DELLA PROGETTAZIONE MECCANICA ------------------------------------------------------------ MODULO B: METODOLOGIE DELLA PROGETTAZIONE MECCANICA METODO AGLI ELEMENTI FINITI PER LA RISOLUZIONE DI PROBLEMI NON LINEARI: non-linearità costitutiva (campo elasto-plastico); non-linearità delle condizioni al contorno (attrito, fenomeni termici e carichi transienti); buckling. Risoluzione di un problema differenziale mediante il metodo di Newton Raphson. METODO AGLI ELEMENTI FINITI PER L’ANALISI STRUTTURALE DEI MATERIALI ORTOTROPI: modellazione di laminati e strutture sandwich. ESERCITAZIONI SULL’UTILIZZO DI CODICI COMMERCIALI FEM. MECCANICA DELLA FRATTURA DINAMICA: Legge di Paris; Esercitazione sull’applicazione della legge di Paris. MECCANICA SPERIMENTALE: Thermoelastic Stress Analysis (TSA); XRD per il calcolo delle tensioni residue; Digital Image Correlation (DIC); Microscopia ottica ed elettronica per l’analisi delle superfici di frattura; EDX. Applicazioni pratiche. ESERCITAZIONI IN LABORATORIO E PROCEDURE OPERATIVE: prove statiche di flessione e trazione/compressione. Prove di impatto a bassa velocità.

Course Syllabus

------------------------------------------------------------ Modulo: 3070/1 - PROGETTAZIONE MECCANICA DI VEICOLI TERRESTRI ------------------------------------------------------------ Introduction to 2- and 4-wheel vehicle dynamics: rectilinear motion, motorcycle in curves, braking of the vehicle, vehicle stability. Tyre: adhesion theory, derives. Aerodynamics of 2- and 4-wheel vehicle: resistance to motion of vehicles. Shock Absorber of 2- and 4-wheel vehicle: axles, dampers. Materials for 2- and 4-wheel vehicle: the main materials used. Frame of 2- and 4-wheel vehicle: main types of frames; load conditions and functional requirements; calculation methodologies. Machine device: brake and stop, braking systems, transmission, differential, couplings, joints, pistons, piston rings, piston pins, connecting rods, bearings, gears, chain, crank shafts, axes, shut-off, belts, flywheels. Fatigue Analysis: Fatigue design under variable loading; Miner law; Fatigue cumulative damage; Multiaxial fatigue; Fatigue design of mechanical components. ------------------------------------------------------------ Modulo: 3070/2 - METODOLOGIE DELLA PROGETTAZIONE MECCANICA ------------------------------------------------------------ MODULE B: MECHANICAL DESIGN METHODOLOGIES FINITE ELEMENTS METHOD FOR SOLVING NON-LINEAR STRUCTURAL PROBLEMS: constitutive non-linearity (plastic field); non-linearity of boundary conditions (friction, thermal phenomena and transient loads); buckling. Solution of a differential problem by Newton Raphson's method. FINITE ELEMENTS METHOD FOR STRUCTURAL ANALYSIS OF ORTHOTROPHIC MATERIALS: modelling of laminates and sandwich structures. EXERCISES ON THE USE OF FEM COMMERCIAL SOFTWARES. DYNAMIC FRACTURE MECHANICS: Paris’ Law; Exercise on the application of the Paris’ law. EXPERIMENTAL MECHANICS: Thermoelastic Stress Analysis (TSA); XRD for residual stresses assessment; Digital Image Correlation (DIC); Optical and electronic microscopy for fracture surfaces analysis; EDX. Practical applications. LABORATORY EXERCISES AND OPERATING PROCEDURES: static bending and tensile / compressive tests. Low velocity impact tests.