Il corso si propone di fornire le conoscenze di base relative all'analisi tensionale in componenti meccanici, al comportamento meccanico dei materiali in diverse condizioni di esercizio, nonchè ai relativi criteri di resistenza. Al termine dell'insegnamento, lo studente sarà in grado di effettuare la progettazione e la verifica strutturale di componenti e sistemi meccanici.
Vengono trattate le problematiche relative alla determinazione dello stato di sforzo e di deformazione nei componenti meccanici, al comportamento meccanico dei materiali e ai criteri di resistenza, sia in campo statico che sotto carichi ciclici. Tali concetti sono applicati all'analisi strutturale e alla verifica di resistenza dei più diffusi elementi di macchine.
Richiami sullo stato di sollecitazione e di deformazione nei continui deformabili.
Tetraedro di Cauchy, tensore degli sforzi, equazioni indefinite di equilibrio, sforzi principali, invarianti, sforzi ottaedrali, deviatore e tensore idrostatico, cerchi di Mohr per le tensioni.
Deformazioni, equazioni di congruenza, cerchi di Mohr delle deformazioni.
Legame sforzo-deformazioni in campo lineare.
Stato di sforzo e di deformazione piani.
Comportamento dei materiali e verifica di resistenza sotto l'effetto di sollecitazioni statiche.
Prove di caratterizzazione dei materiali: prove di trazione, compressione, torsione. Flessione di sezioni a semplice e doppia simmetria con materiali duttili e fragili.
Stati di sollecitazione composti: criteri di resistenza di, Guest-Tresca, Rôs-Eichinger, Huber-Hencky-Von Mises, Galileo-Rankine-Navier.
Verifica di resistenza: considerazioni generali sull'applicabilità ed i limiti dei criteri di resistenza, coefficiente di sicurezza, cenni all'approccio affidabilistico.
Effetto di intaglio e collaborazione plastica
Coefficiente di sovrasollecitazione teorico, collaborazione plastica, coefficiente di intaglio sperimentale a rottura (condizione limite di componenti intagliati in materiale fragile e duttile), criteri di progetto in presenza di intagli.
Coefficiente di collaborazione plastica a flessione e a torsione, tesnioni residue.
Comportamento dei materiali e verifica di resistenza sotto l'effetto di sollecitazioni cicliche
Il diagramma di Wöhler e limite di fatica, metodo stair case, evoluzione del danneggiamento per fatica, influenza della sollecitazione media, influenza degli intagli, effetto dimensionale, influenza della finitura superficiale, influenza della frequenza e forma d'onda del carico, influenza dell'alta e bassa temperatura, corrosione-fatica.
Criteri di verifica e progettazione a fatica
Fondamenti di resistenza a fatica sotto cicli di sollecitazione ad ampiezza costante: verifica di resistenza in presenza di stati di sollecitazione semplici, a vita infinita o ad alto numero di cicli, fatica oligociclica (cenni); verifica di resistenza in presenza di stati di sollecitazione composti: criteri di Gough-Pollard e di Sines, criteri del piano critico (cenni).
Fondamenti di resistenza a fatica sotto cicli di sollecitazione ad ampiezza variabile: verifica di resistenza a termine sotto l'effetto di sequenze di cicli ad ampiezza costante, danneggiamento cumulativo, legge di Miner; fatica random, metodo del serbatoio, fattore di spettro.
Fatica per contatto ciclico: Problema di Hertz, principali tipologie di danneggiamento e criteri di resistenza.
Metodi per aumentare la resistenza a fatica degli organi delle macchine: criteri di scelta dei materiali, trattamenti termici, trattamenti meccanici, accorgimenti di disegno.
Progetto e verifica di elementi delle macchine.
Collegamenti saldati e filettati, assi ed alberi, manovelle d'estremità, alberi a gomito, recipienti in pressione, giunti a dischi, trasmissioni a cinghie, cuscinetti, ruote dentate, riduttori ad ingranaggi.
De Paulis, Manfredi, Costruzione di Macchine, Criteri di base ed applicazioni principali, Pearson, 2019
Donzella G., Gretter S., Appunti di Costruzione di Macchine, Cartolibreria Snoopy edizioni, 2018.
Donzella G., Mazzù A., Petrogalli C., Costruzione di Macchine, Richiami teorici ed applicazioni, Parte 1: Problemi statici, Cartolibreria Snoopy edizioni, 2018.
Donzella G., Mazzù A., Petrogalli C., Costruzione di Macchine, Richiami teorici ed applicazioni, Parte 2: Fatica, Cartolibreria Snoopy edizioni, 2018.
Per approfondimenti:
Belloni, Lo Conte, Costruzione di Macchine, Hoepli, 2002
Shigley J.E., Mischke C.R., Budynas R.G., Progetto e costruzione di macchine, McGraw-Hill, 2014 (terza edizione)
Lezioni teoriche ed esercitazioni numeriche
L'esame consiste in una prova scritta ed una prova orale.
La prova scritta ha lo scopo di verificare le conoscenze e le capacità dello studente di condurre in forma autonoma e per via numerica l'analisi e la verifica strutturale di un componente o una struttura meccanica. La valutazione della prova scritta avviene in trentesimi e il raggiungimento della votazione di 18/30 è condizione necessaria per l'accesso alla successiva prova orale.
La prova orale completa la valutazione dello studente, consentendo di verificarne maggiormente le conoscenze teoriche e lo spirito critico.
La valutazione della prova orale può determinare una modifica del punteggio acquisito nella prova scritta, tipicamente dell'ordine massimo di 3-4 trentesimi o, in caso di esito negativo, il mancato superamento dell'intero esame.
Nessuna