ANALISI DEI SISTEMI MECCANICI ASSISTITA DA CALCOLATORE

Ingegneria Meccanica ANALISI DEI SISTEMI MECCANICI ASSISTITA DA CALCOLATORE

0612300034
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA INDUSTRIALE
CORSO DI LAUREA
INGEGNERIA MECCANICA
2022/2023

ANNO CORSO 3
ANNO ORDINAMENTO 2018
SECONDO SEMESTRE
CFUOREATTIVITÀ
1ANALISI DEI SISTEMI MECCANICI ASSISTITA DA CALCOLATORE (MODULO DI ING-IND/13)
330LEZIONE
2ANALISI DEI SISTEMI MECCANICI ASSISTITA DA CALCOLATORE (MODULO DI ING-IND/15)
330LEZIONE
Obiettivi
Conoscenza e capacità di comprensione: il corso punta a dotare gli allievi degli strumenti utili alla comprensione del funzionamento, delle finalità, e delle prestazioni attese dei dispositivi meccanici impiegati in ambito ingegneristico, spaziando su diverse tematiche raggruppabili nella macrocategoria della meccanica delle macchine. Viene fatto particolare riferimento alle problematiche industriali ricorrenti nel territorio di riferimento e nell’ingegneria meccanica in generale. A tale scopo, il corso si propone di trasferire in modo critico agli studenti strumenti ingegneristici fondamentali nell’ambito dell’analisi e della sintesi dei sistemi meccanici articolati.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione: gli esempi proposti al corso, gli esercizi assegnati come compiti per casa, e le esercitazioni di taglio applicativo propongono ripetuti spunti per l’applicazione delle metodologie apprese nelle lezioni frontali. A valle del corso gli studenti saranno in grado di progettare le logiche funzionali di un sistema meccanico, di analizzarne la dinamica, di modellarne le parti al CAD e di interfacciare i modelli CAD con gli strumenti per l’acquisizione automatica delle caratteristiche geometriche e inerziali per la simulazione della dinamica e del controllo dei sistemi.
Autonomia di giudizio: il corso è orientato a stimolare capacità di giudizio autonome in merito al confronto tra soluzioni ingegneristiche sia nell’ambito della progettazione funzionale sia nell’ambito della successiva modellazione geometrica e dinamica al calcolatore di soluzioni non convenzionali per i problemi tipici della meccanica delle macchine.
Abilità comunicative: agli studenti è richiesta la presentazione e discussione della propria soluzione al problema proposto come tema dell’eleborato finale dell’anno in corso, nonché la definizione in sede dell’esame orale delle metodologie teoriche utilizzate per la soluzione del problema tematico sia sul piano del modello del sistema dinamico in esame, dal punto di vista geometrico (CAD), funzionale (funzionamento, assemblaggio, smontaggio, dimensionamento di massima), e nella sua successiva implementazione al calcolatore (simulazione del sistema).
Capacità di apprendimento: riuscire ad applicare e aggiornare le conoscenze acquisite a contesti differenti da quelli presentati durante il corso, tenendo conto dei progressi tecnologici. Capacità di usare altri strumenti di modellazione CAD/MBS una volta acquisite le logiche di funzionamento.

Prerequisiti
Per il proficuo raggiungimento degli obiettivi formativi sono richieste conoscenze di base delle materie seguenti:
1. Meccanica Applicata alle Macchine.
2. Disegno Meccanico.
3. Fondamenti di Informatica e Programmazione.

Contenuti
Gli aspetti fondamentali del corso sono i seguenti: a) derivazione di modelli dinamici di sistemi multibody, sia semplificati che complessi, basata sulla scrittura delle equazioni del moto di sistemi meccanici a pochi gradi di libertà ed alla loro successiva lineralizzazione nell’intorno di configurazioni e/o traiettorie assegnate; b) sviluppo in ambiente computerizzato tridimensionale di modelli di sistemi meccanici vincolati; c) elaborazione di un corrispondente modello multibody formato da un insieme di corpi rigidi soggetti a qualsiasi tipo di vincolo, nonché ad opportuni campi di forze e forzamenti; d) progettazione di leggi di controllo di tipo PID aventi diversi gradi di complessità ed implementazione pratica delle stesse mediante semplici microcontrollori di uso industriale. Agli studenti sono altresì fornite le conoscenze relative alla componentistica meccanica di base, ai metodi e agli schemi di montaggio dei componenti stessi (collegamenti, giunti, cuscinetti, ruote dentate, etc..), alla loro modellazione mediante i sistemi CAD e alle logiche di modellazione logico-funzionale di assiemi complessi al fine di implementare, sugli stessi, le leggi della dinamica e del controllo dei sistemi.
La durata del corso è di 60 ore, di cui 40 di teoria e 20 di esercitazione.
1. Introduzione alla Meccanica dei Sistemi Multibody ed all’Analisi e Sintesi di Sistemi Meccanici Articolati Assistita da Calcolatore. (3 ore, 3 teoria + 0 esercitazione)
2. Richiami di Algebra Lineare. (3 ore, 3 teoria + 0 esercitazione)
3. Cinematica dei Corpi Rigidi 2D e 3D. (3 ore, 3 teoria + 0 esercitazione)
4. Statica e Dinamica dei Corpi Rigidi 2D e 3D. (3 ore, 3 teoria + 0 esercitazione)
5. Tecniche di Derivazione delle Equazioni del Moto e Linearizzazione. (3 ore, 2 teoria + 1 esercitazione)
6. Vincoli Meccanici. (3 ore, 3 teoria + 0 esercitazione)
7. Dinamica dei Sistemi Meccanici Vincolati. (3 ore, 3 teoria + 0 esercitazione)
8. Cinematica Computazionale. (3 ore, 2 teoria + 1 esercitazione)
9. Statica e Dinamica Computazionale. (3 ore, 2 teoria + 1 esercitazione)
10. Elementi di Teoria del Controllo Lineare e Controllori PID. (2 ore, 2 teoria + 0 esercitazione)
11. Elementi di Tecniche di Identificazione Dinamica. (2 ore, 2 teoria + 0 esercitazione)
12. Elementi di Programmazione in Ambiente MATLAB. (3 ore, 0 teoria + 3 esercitazione)
13. Introduzione a SIMSCAPE. (3 ore, 0 teoria + 3 esercitazione)
14. Elementi di Progettazione e Realizzazione di Sistemi di Controllo con Sensori ad Ultrasuoni, Motori a Corrente Continua, e Piattaforme Inerziali. (3 ore, 0 teoria + 3 esercitazione)
15. Elementi fondamentali di macchine e meccanismi. (5 ore, 3 teoria + 2 esercitazione)
16. Costruzioni meccaniche, collegamenti e sistemi per il trasferimento dell’energia meccanica. (3 ore, 3 teoria + 0 esercitazione)
17. Modellazioni di assiemi e verifiche di funzionamento, assemblabilità, e smontabilità. (3 ore, 3 teoria + 0 esercitazione)
18. Elementi di Progettazione di Sistemi Meccanici. (3 ore, 3 teoria + 0 esercitazione)
19. Tecniche di Modellazione 3D Assistita da Calcolatore (CAD). (3 ore, 0 teoria + 3 esercitazione)
20. Ideazione e sviluppo dell’elaborato finale. (3 ore, 0 teoria + 3 esercitazione)
Metodi Didattici
LEZIONI IN AULA E/O A DISTANZA: LE LEZIONI SARANNO TENUTE UTILIZZANDO SLIDES E/O APPUNTI IN LINGUA ITALIANA E/O INGLESE. ALCUNE LEZIONI PREVEDONO L’UTILIZZO DEL CALCOLATORE E DI UN SISTEMA CAD.
ESERCIZI E SIMULAZIONI DA SVOLGERE SIA A MANO CHE AL CALCOLATORE: CIRCA IL 40% DEL TEMPO IN AULA SARÀ DEDICATA A ESERCIZI ED ALLA SOLUZIONE DI PROBLEMATICHE INERENTI ALL’ELABORATO FINALE DA SVOLGERSI CON L’UTILIZZO DI UN SISTEMA CAD DI MODELLAZIONE 3D E CON UN PROGRAMMA DI SIMULAZIONE MULTIBODY. SARANNO ALTRESÌ SVOLTE ESERCITAZIONI IN LABORATORIO RIGUARDANTI L’ANALISI DI SISTEMI MECCANICI COMPLESSI (PARTI DI ROBOT MANIPOLATORI, MOTORI A C.I., ETC …).
Verifica dell'apprendimento
L’esame prevede la discussione di un elaborato finale in sostituzione della prova scritta. Successivamente, è prevista anche una prova orale obbligatoria. L’accesso alla prova orale non è subordinato al superamento della discussione dell’elaborato finale che, tuttavia, è obbligatorio al fine del superamento dell’esame. Il voto minimo (18/30) è conseguito dimostrando una conoscenza adeguata di tutti gli aspetti teorici della materia e mediante lo sviluppo di almeno un sottoassieme completo dell’elaborato finale. Il voto massimo (30/30) è attribuito allo studente che dimostri un’eccellente conoscenza di tutti gli aspetti della materia, sia in sede della discussione dell’elaborato finale che durante l’esame orale. La lode è attribuita al candidato con una completa e significativa padronanza dei contenuti teorici ed applicativi del corso, nonché elevata proprietà di linguaggio, capacità di sintesi, capacità di elaborazione autonoma, e capacità di estensione ad ambiti industriali diversi da quelli presi in considerazione durante il corso.
La valutazione finale del raggiungimento degli obiettivi prefissati avviene mediante due passaggi consecutivi, ovvero la discussione preliminare di un elaborato omnicomprensivo assegnato all’inizio del corso (60% del voto finale) ed un successivo esame orale appositamente dedicato alla discussione della parte teorica del corso (40% del voto finale).
L’elaborato conclusiovo viene valutato positivamente in base agli aspetti seguenti: l’originalità e la versatilità della soluzione individuata per il problema in fase di progettazione; il rigore metodologico nella definizione del problema sul piano del modello del sistema dinamico in esame; la completezza e correttezza delle soluzioni meccaniche modellate al CAD, dal punto di vista della funzionalità, della assemblabilità e della smontabilità, l’efficacia e l’efficienza dell’eventuale algoritmo di controllo implementato nella soluzione scelta.

Testi
Dispense:
1. Appunti delle lezioni.
2. Materiale didattico fornito dal docente.
Libri di riferimento:
1. Shabana, A. A., 2009, Computational Dynamics, Fourth Edition, John Wiley and Sons.
2. Diana, G., Resta, F., 2007 Controllo di Sistemi Meccanici, Polipress.
Libri di consultazione:
1. Shabana, A. A., 2020, Dynamics of Multibody Systems, Fifth Edition, Cambridge University Press.
2. Cheli, F., Diana, G., 2015, Advanced Dynamics of Mechanical Systems, Springer.
3. Pennestrì, E., Cheli, E., 2006, Cinematica e Dinamica dei Sistemi Multibody, Volumi 1 e 2, Casa Editrice Ambrosiana.
Altre Informazioni
CORSO EROGATO IN LINGUA ITALIANA.
  BETA VERSION Fonte dati ESSE3 [Ultima Sincronizzazione: 2023-01-23]