(curriculum Meccanico & curriculum Meccatronico) Marino Quaresimin. Marino Quaresimin Costruzione di Macchine - slide 1

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1 Corso di laurea in Ingegneria Meccanica e Meccatronica (curriculum Meccanico & curriculum Meccatronico) COSTRUZIONE DI MACCHINE E LABORATORIO Marino Quaresimin Marino Quaresimin Costruzione di Macchine - slide 1

2 Obiettivo formativo Fornire i principi p del dimensionamento di componenti meccanici (in materiale isotropo) soggetti a sollecitazioni statiche e di fatica ad alto numero di cicli (9 crediti entrambi i curricula) Fornire le conoscenze di base per l'analisi strutturale di componenti meccanici medianti codici di calcolo ad elementi finiti. (Elementi trave) (3 crediti curriculum Meccanico) Marino Quaresimin Costruzione di Macchine - slide 2

3 Argomenti trattati - I Introduzione Metodologia di sviluppo di un progetto/prodotto Analisi e soluzione di strutture isostatiche e iperstatiche (calcolo reazioni vincolari e tracciamento diagrammi di sollecitazione) Equazione linea elastica Richiami i di resistenza dei materiali Analisi dello stato di tensione nei componenti meccanici per sollecitazioni i i semplici i (trazione, flessione, taglio e torsione) e composte Tensioni i principali i e cerchi di Mohr, criteri i di resistenza Dimensionamento e verifica a resistenza statica e deformabilità Marino Quaresimin Costruzione di Macchine - slide 3

4 Argomenti trattati - II Progettazione a fatica in presenza di storie di carico ad ampiezza costante e introduzione all ampiezza variabile Introduzione al Calcolo ad elementi finiti di componenti meccanici. Teoria, esercizi ed esercitazioni al calcolatore (in laboratorio) finalizzate all'analisi lineare elastica di strutture modellate con elementi trave. Progettazione e verifica di componenti strutturali di interesse applicativo: Progettazione dell albero intermedio di un riduttore (Sistemi di trasmissione i e cuscinetti) (Esercitazione i a gruppi) Travi curve e Serbatoi e recipienti in parete sottile (membrane) Marino Quaresimin Costruzione di Macchine - slide 4

5 Attività ità integrativa ti - sessioni i sperimentali in laboratorio Gruppi di studenti/ durata un paio d ore dore prove di rottura statica a trazione (determinazione delle caratteristiche di resistenza da utilizzare in fase di progettazione) simulazioni i i di prove di fatica applicazione di tecniche estensimetriche per la misura di deformazioni e carichi applicazioni di termografia all infrarosso Marino Quaresimin Costruzione di Macchine - slide 5

6 Testi consigliati M.Quaresimin, M.Zappalorto Lezioni ed esercizi di Costruzione di Macchine CLEUP Appunti delle lezioni, i copie dei lucidi e dispense integrative ti Materiale in rete: e Moodle Marino Quaresimin Costruzione di Macchine - slide 6

7 Altri testi in italiano e inglese disponibili in biblioteca BELLUZZI, "Scienza delle Costruzioni" vol. I e II (Zanichelli) GIOVANNOZZI, "Costruzione di Macchine" (Patron) JUVINALL, MARSHEK "Fondamenti della Progettazione dei Componenti delle Macchine" (Edizioni ETS) SHIGLEY, MISCHKE "Mechanical Engineering Design" V Ed. (McGraw-Hill) CHENG "Static and Strength of Materials" (McGraw-Hill) PIGHINI "Elementi Costruttivi delle Macchine" vol. I e II, (Masson) FUCHS "Metal Fatigue in Engineering" (J.Wiley & S.) HERTZBERG "Deformation and Fracture Mechanics o Engineering Materials" (J.Wiley & S.) SURESH "Fatigue of Materials" Ed.Cambridge University Press DIETER Engineering design : a materials and processing approach Manuali e formulari NUOVO COLOMBO "Manuale dell' Ingegnere" Ed. Hoepli DUBBEL Manuale di ingegneria meccanica Springer PETERSON "Stress Concentration Factors" J.Wiley & S. YOUNG, Roark's Formulas for Stress and Strains VI McGraw-Hill LE MONNIER "Prontuario per il calcolo l di elementi strutturali" tt Collane di meccanica (testi molto semplici, consigliati per una consultazione veloce e per esempi applicativi) VIANELLO "Corso di meccanica applicata alle macchine" (Sansoni) STRANEO CONSORTI (tre volumi) Marino Quaresimin Costruzione di Macchine - slide 7

8 Lezioni ed orari Lezioni frontali in aula più 1 o 2 sessioni integrative in laboratorio per attività sperimentale ORARIO LEZIONI (aula B2) (per tutti!) tti!) Lunedi Martedi Mercoledì laboratorio EF in aula di informatica il martedi (per MC comunicazioni a lezione), aula prenotata tutto il pomeriggio per esercitazioni libere RICEVIMENTO su appuntamento, conferma a lezione) COMUNICAZIONI via Moodle Marino Quaresimin Costruzione di Macchine - slide 8

9 ESAME Prova scritta con 2/3 esercizi e 2/3 domande aperte (3 ore) 20 punti esercizi e 10 teoria (necessaria sufficienza in entrambe le parti!) Discussione del compito con integrazione orale della parte di teoria e verifica (sempre!) sull esercitazione. i Durante la prova scritta è possibile consultare solamente il formulario ufficiale disponibile in rete Marino Quaresimin Costruzione di Macchine - slide 9

10 Recapiti MARINO QUARESIMIN Dipartimento di Tecnica e Gestione dei sistemi industriali Università di Padova Stradella S.Nicola 3, Vicenza Tel FAX marino.quaresimin@unipd.it Marino Quaresimin Costruzione di Macchine - slide 10

11 Cosa dobbiamo intendere per Progettazione meccanica? La progettazione di un componente va oltre il concetto di Machine Design o del semplice calcolo l strutturale, tt ma è invece una delle fasi di sviluppo prodotto e come tale DEVE essere integrata con le attività di altre funzioni aziendali! Marino Quaresimin Costruzione di Macchine - slide 11

12 Aspetti gestionali dell area progettazione Gestione delle metodologie e degli strumenti per la progettazione (CAE: CAD, FEM, ) Gestione della documentazione tecnica Progetti Normative e manuali di riferimento per la progettazione Normative di riferimento per la sicurezza dei prodotti (es. DL ) e per la responsabilità civile del produttore (es. DPR ) Normative sulla sicurezza (es. Direttiva Macchine e L ) Riviste tecniche e altro Gestione del Know-How aziendale Integrazione con le altre funzioni aziendali (R&D, Produzione, Manutenzione, Marketing, Amministrazione) Marino Quaresimin Costruzione di Macchine - slide 12

13 Processo di sviluppo di un nuovo prodotto Analisi del prodotto o della macchina e delle funzioni che deve svolgere Definizione dei requisiti di progetto (incluse esigenze normative a cui deve rispondere la macchina o il componente in esame) Individuazione dei componenti critici dal punto di vista funzionale, della resistenza e della sicurezza Analisi comparativa di un ventaglio di possibili soluzioni e sintesi delle migliori soluzioni da analizzare in fase preliminare (con il coinvolgimento molte funzioni aziendali!) Fase di progettazione (dimensionamento e/o verifica) Stesura del progetto preliminare Realizzazione serie prototipale Verifica prestazioni (comportamento e affidabilità) Ottimizzazione finale Marino Quaresimin Costruzione di Macchine - slide 13

14 Engineering design : a materials and processing approach / G.E. Dieter Marino Quaresimin Costruzione di Macchine - slide 14

15 Fattori di rilievo nella progettazione Caratteristiche meccaniche resistenza ai carichi applicati, all'usura, alla corrosione, ecc. rigidezza rumorosità Costo Estetica Funzionalità (manutenibilità) Peso/Ingombro Prestazioni Marino Quaresimin Costruzione di Macchine - slide 15

16 Fase di progettazione Analisi della soluzione preliminare e valutazione dei parametri di progetto Schematizzazione strutturale del problema Individuazione e schematizzazione delle condizioni di vincolo e di carico Analisi dello stato di sollecitazione presente sulla struttura Individuazione delle sezioni critiche Scelta dei materiali Dimensionamento (o verifica) sulla base dei parametri di progetto (statica, a fatica, a deformabilità, a usura, altro) Definizione geometria finale Marino Quaresimin Costruzione di Macchine - slide 16

17 Schematizzazione i strutturale Metodologia di calcolo Carichi agenti sul componente Sviluppo di un nuovo componente Caratteristiche ti di resistenza dei materiali impiegati Esigenze normative (Strutturali-Qualità-Sicurezza) Sicurezza) Marino Quaresimin Costruzione di Macchine - slide 17

18 procedura di dimensionamento a resistenza o deformabilità analisi dello stato di sollecitazione (con stesura diagrammi Mf, Mt, N, T) espressione dello stato di tensione (oppure della deformata) in funzione delle caratteristiche geometriche della sezione (incognite) e dello stato di sollecitazione agente uguaglianza tra tensione equivalente o della deformata ai rispettivi valori limite ( amm, amm, amm ) determinazione dei parametri geometrici della sezione (J, Wf o A) esecuzione della verifica per la condizione non imposta (deformata o coefficiente di sicurezza) Marino Quaresimin Costruzione di Macchine - slide 18

19 procedura di verifica a resistenza o deformabilità analisi dello stato di sollecitazione (con stesura diagrammi Mf, Mt, N, T) determinazione dello stato di tensione e della deformata ( max, max, max ) in funzione delle caratteristiche geometriche della sezione (note) e dello stato di sollecitazione agente determinazione i dello stato t di tensione equivalente confronto con i rispettivi valori limite ( amm, amm, amm ) Marino Quaresimin Costruzione di Macchine - slide 19