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Progettazione agli Elementi Finiti
Finite Elements in Mechanical Design
Edoardo Mancini

Sede Ingegneria
A.A. 2016/2017
Crediti 6
Ore 48
Periodo II
Lingua ITA

Prerequisiti
Per la comprensione degli argomenti trattati è necessario che lo studente abbia acquisito i principali concetti della meccanica dei materiali, della scienza delle costruzioni e della progettazione meccanica.

Risultati di apprendimento attesi
CONOSCENZE E COMPRENSIONE:
L’insegnamento permette agli studenti di acquisire conoscenze di base ed avanzate sul metodo degli elementi finiti, il suo utilizzo nella progettazione meccanica e, in generale, in problemi di interesse ingegneristico. Tali conoscenze, integrando le nozioni acquisite negli insegnamenti di costruzione di macchine, progettazione meccanica, affidabilità e sicurezza delle costruzioni meccaniche e dei corsi che ne sono propedeutici, costituiranno degli approfondimenti che andranno ad arricchire la capacità dello studente nella comprensione e identificazione di problemi e nella formulazione di soluzioni. Inoltre, le conoscenze acquisite permetteranno allo studente di scegliere e applicare appropriati metodi di modellazione basati sull’analisi numerica al fine di simulare al meglio il comportamento dei componenti così da predirne e migliorarne le prestazioni.
CAPACITA' DI APPLICARE LE CONOSCENZE:
Al fine di affrontare tematiche progettuali avanzate, anche di notevole complessità, e curare l'innovazione e lo sviluppo di nuovi prodotti attraverso l’applicazione delle conoscenze, lo studente dovrà dimostrare di aver acquisito la capacità di realizzare modelli agli elementi finiti di componenti meccanici o semplici assiemi. Tale capacità si estrinsecherà attraverso una serie di abilità professionalizzanti, quali: 1. la capacità di comprendere come il componente possa essere modellato numericamente; 2. la capacità di identificare se il problema può essere opportunamente semplificato o suddiviso in problemi più facili da trattare; 3. la capacità di assegnare le giuste condizioni di vincolo e di carico e di interpretare in modo corretto i risultati mostrati dall’analisi agli elementi finiti
COMPETENZE TRASVERSALI:
La risoluzione di un problema preso da applicazioni di interesse industriale tramite gli elementi finiti, che verrà svolto singolarmente dallo studente e che porterà alla stesura di una relazione, contribuirà a migliorare sia il grado di autonomia di giudizio in generale, sia la capacità comunicativa, sia la capacità di apprendimento in autonomia e di trarre conclusioni

Programma
Il corso si articola in una parte teorica, riguardante i fondamenti del metodo degli elementi finiti, ed una parte applicativa, che prevede l'addestramento all'uso dei codici di calcolo agli elementi finiti. Contenuti (lezioni frontali, ore 34) Parte teorica. Procedure di analisi matriciale delle strutture. Concetto di funzione di spostamento. Matrice di deformazione. Matrice di elasticità. Matrice di rigidezza. Assemblaggio della matrice di rigidezza di struttura. Applicazione di carichi e vincoli. Elementi asta, elementi triangolari a tre nodi nella formulazione piana e assialsimmetrica, elementi quadrangolari isoparametrici. Elementi tridimensionali. Cenni sulle procedure di calcolo non lineari: non linearità geometriche e dovute al comportamento del materiale; problematiche del contatto. Analisi agli autovalori: analisi dinamica e di instabilità delle strutture. Metodi di valutazione della qualità dei reticoli. Esercitazioni in aula (14 ore) Parte applicativa. Addestramento all'uso di codici FE commerciali (Ansys Workbench, MSC/Marc) tramite esercitazioni in classe, casi di studio ed esempi applicativi.

Modalità di svolgimento dell'esame
METODI DI VALUTAZIONE DELL'APPRENDIMENTO
La valutazione del livello di apprendimento degli studenti consiste in due prove: - la discussione orale su uno o più temi trattati nel corso; - la presentazione di una relazione (tesina) che descriva la risoluzione di un problema preso da applicazioni di interesse industriale tramite l'analisi agli elementi finiti con un codice commerciale. La relazione deve essere svolta singolarmente da ogni studente, non sono ammessi lavori di gruppo. Le due prove possono essere sostenute indipendentemente e, in caso di esito negativo di una prova, lo studente può ripetere soltanto la prova non superata, mantenendo il risultato raggiunto nell'altra.

CRITERI DI VALUTAZIONE DELL'APPRENDIMENTO
Lo studente dovrà dimostrare di aver compreso il metodo agli elementi finiti e acquisito la capacità di realizzare modelli agli elementi finiti di componenti meccanici o semplici assiemi. La valutazione quindi dipenderà dalla capacità dello studente di: 1. comprendere come il componente possa essere modellato numericamente; 2. identificare se il problema può essere opportunamente semplificato o suddiviso in problemi più facili da trattare; 3. assegnare le giuste condizioni di vincolo e di carico e di interpretare in modo corretto i risultati mostrati dall’analisi agli elementi finiti.

CRITERI DI MISURAZIONE DELL'APPRENDIMENTO
La misurazione dell'apprendimanto sarà effettuata sulla base delle prove effettuate, in base al grado di approfondimento e sicurezza acquisita dallo studente.

CRITERI DI ATTRIBUZIONE DEL VOTO FINALE
Il voto finale sarà determinato dalla media tra il voto, in trentesimi, attributio alla relazione e il voto attributio all'esame orale.

Testi consigliati
.D. Cook, D.S. Malkus, M.E. Plesha, R.J. Witt, "Concepts and Applications of Finite Element Analysis”, Wiley G. Belingardi, "Il Metodo degli Elementi Finiti nella Progettazione Meccanica”, Levrotto&Bella G. Santucci, "Dispense del Corso di Costruzione di Macchine O.C. Zienkiewicz, “The Finite Element Method”, McGraw-Hill."

Corsi di laurea

• Ingegneria Meccanica (Corso di Laurea Magistrale (DM 270/04))