ECTS - University of Pisa
Obiettivi formativi:
- ampliare le conoscenze sul comportamento meccanico dei materiali, in particolare riguardo i processi di cedimento plastico frattura e fatica;
- illustrare la componentistica meccanica e gli approcci di scelta e dimensionamento;
- fornire le basi del processo di progettazione concettuale, concreta e di dettaglio;
- elaborare schemi e modelli meccanici;
- usare, a livello elementare, metodi sia analitici, sia assistiti dall’elaboratore;
- applicare correttamente la principale normativa tecnica per le verifiche strutturali;
- risolvere semplici problemi di progetto meccanico.
Training goals:
- achieve the basic mechanical behaviour of materials (plasticity, fatigue, fracture mechanics, etc.);
- show the main machine components, their design and structural strength verifications;
- have a basic knowledge about the sizing and the design structural process;
- develop simple mechanical models;
- use both simple analytical and computer aided structural calculation methods;
- apply the main technical standards for structural verifications;
- solve simple design tasks.
Analisi critica di un complessivo meccanico:
- schemi di equilibrio,
- verifiche di resistenza/rigidezza,
- disegno tecnico di soluzioni costruttive.
Critical analysis of a mechanical assembly:
- free-body diagrams,
- strength and/or stiffness verifications,
- mechanical drawing of different applications.
Capacità:
- schematizzare le azioni che si scambiano le varie parti meccaniche,
- proporre modelli di calcolo strutturale semplifici ed efficaci,
- conoscere il disegno meccanico delle principali applicazioni.
Skills:
- schematically define the interactions between the mechanical parts,
- propose simple and effective structural calculation models,
- knowledge of the mechanical technical drawing for the main applications.
Proposta di un progetto in cui si propone un complessivo da modellare al CAD e da analizzare. Richieste analisi di equilibrio, verifiche e disegno tecnico.
Project proposing a mechanical assembly to be modelled with a CAD software and then to be analyzed. Free-body diagrams are required, then structural verifications and technical drawing.
Sensibilità ed esperienza nel distinguere le varie soluzioni costruttive meccaniche.
Experienced skill to distinguish different mechanical elements and applications.
Proposta di un progetto su base autonoma e discussione del progetto stesso in sede d'esame.
Independent proposal by the student a project and discussion of it during the exam.
Propedeuticità:
- Fondamenti di meccanica applicata,
- Tecnologia di produzione,
- Scienza delle costruzioni.
Prerequisites:
- Principles of Applied Mechanics,
- Production Technologies,
- Structural Mechanics.
Stato di tensione di casi significativi nelle strutture meccaniche:
- Richiami dello stato di tensione nella sezione di travi e recipienti in pressione.
- Concentrazione delle tensioni, definizione di K_t, stato di tensione nell’intorno di un intaglio.
- Meccanica del contatto, modelli di Hertz (contatto sferico, contatto cilindrico).
- Esercitazione su stato di tensione, mediante software agli elementi finiti (ANSYS Workbench).
Comportamento meccanico dei materiali:
- Prove di trazione, durezza e resilienza e proprietà dei principali metalli strutturali.
- Criteri di snervamento e di frattura.
- Modelli reologici elementari e regola di Neuber.
- Meccanica della Frattura Lineare Elastica.
- Danneggiamento a fatica, fattori correttivi, effetto della tensione media, concentrazione delle tensioni, propagazione della fessura, accumulo lineare e conteggio rainflow.
- Introduzione ai danneggiamenti superficiali, fatica superficiale.
Elementi delle macchine, descrizione, schemi di equilibrio e verifiche di resistenza:
- Elementi di trasmissione flessibili, meccanica delle cinghie e delle catene.
- Ruote dentate cilindriche a denti dritti ed elicoidali, ruote dentate coniche e vite senza fine - ruota a denti elicoidali.
- Elementi di collegamento albero-mozzo.
- Introduzione ai supporti lubrificati.
- Cuscinetti volventi radiali, reggispinta ed obliqui, a sfere e a rulli.
- Verifiche a resistenza e a rigidezza di alberi ed assi.
- Viti di manovra, collegamenti bullonati e collegamenti saldati.
- Rigidezza e resistenza di molle.
- Esercitazioni svolte, simili a testi d'esame: schemi di equilibrio di assieme e sottoassieme di complessivi, verifiche di alcuni componenti secondo le procedure di calcolo descritte.
Stress state of main mechanical structures:
- Beam theory and pressure vessel stresses;
- Stress concentrations, definition of the stress concentration factor K_t, local stress state of notched geometries;
- Contact mechanics, Hertz models (spherical contacts, cylindrical contacts);
- Stress distributions simulated with a Finite Element software (ANSYS Workbench).
Mechanical behavior of materials:
- Tensile, hardness and impact tests description and material properties of the most used structural metals;
- Yield and fracture material criteria;
- Basic rheological models and Neuber's rule;
- Linear elastic fracture mechanics;
- Fatigue failure, service factors, mean stress effect, notch sensitivity, crack propagation, linear damage rule, rainflow counting;
- Surface damage mechanisms, rolling contact fatigue.
Machine components, description, drawing, load schemes and strength assessments:
- Flexible mechanical elements: belts and chains;
- Gears: cylindrical spur and helical gears, bevel and worm gears;
- Shaft components, keys and splines;
- Lubrication bearings introduction;
- Rolling-contact bearings: radial, thrust and angular contact, ball and cylindrical rollers;
- Shaft strength and stiffness verifications;
- Power screws, threaded fasteners, non-permanent threaded joints and permanent welded joints;
- Mechanical springs and spring devices, stiffness and strength assessment;
- Exam test tutorials: load schemes of single parts, assembly and sub-assembly; strength calculation verifications of machine components.
- A. De Paulis, P. Forte, F. Frendo, E. Manfredi. Costruzione di macchine: criteri di base e applicazioni principali. Seconda edizione. Pearson. 2019.
- Manuale per la scelta dei cuscinetti volventi e il calcolo delle principali grandezze, disponibile dal sito SKF.
- A. De Paulis, P. Forte, F. Frendo, E. Manfredi. Costruzione di macchine: criteri di base e applicazioni principali. Seconda edizione. Pearson. 2019. (in Italian)
- Rolling-contact bearing manual for selection and calculation, available from the SKF website.
Prova orale in cui si discute il progetto e successivamente aspetti tecnici presentati nel corso.
Oral exam presenting and discussing the project and then discussion on specific technical topics.
