ECTS - University of Pisa
| Modules | Area | Type | Hours | Teacher(s) | |
| TECNICA DELLE COSTRUZIONI MECCANICHE | ING-IND/14 | LEZIONI | 120 |
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Superato l’esame lo studente avrà acquisito conoscenze relative alle principali grandezze che definiscono il comportamento strutturale dei materiali e delle strutture meccaniche nonché ai fenomeni fondamenti sul comportamento strutturale (tensione, deformazione, leggi costitutive, resistenza, rigidezza, elementi strutturali, teoria dei solidi, comportamento elastico). Saranno inoltre definiti gli elementi di conoscenza fondamentali nella progettazione meccanica (coefficienti di sicurezza, criteri di scelta di materiali e forme). Queste conoscenze sono da considerarsi caratterizzanti per l’ingegneria meccanica in quanto basilari non solo per le discipline di progettazione ma anche per quelle di produzione e gestione (in particolare in relazione agli aspetti connessi con la sicurezza).
After the exam the student will have acquired knowledge about the main quantities that define the structural behavior of materials and mechanical structures as well as the basic phenomena dominating the structural behavior (stress, strain, constitutive laws, strength, stiffness, structural elements, theory of solids, elasticity). The fundamental elements of the mechanical design will also be defined (safety factors, criteria for choosing materials and shapes). This knowledge is to be considered as characterizing for a mechanical engineer as it is fundamental not only for the design disciplines but also for the production and management disciplines (particularly in relation to safety-related aspects).
Per quanto le modalità di verifica siano improntate più sulle competenze, le conoscenze sono verificate attraverso una parte della prova scritta che prevede la risposta a domande a scelta multipla. Molte delle domande sono formulate in modo da accertare la conoscenza precisa delle grandezze fondamentali (per esempio lo stato di tensione e le caratteristiche di sollecitazione) o di certe definizioni (come il coefficiente di sicurezza). La conoscenza di tali concetti è inoltre verificata anche nella comprensione dei testi degli esercizi nei quali tali grandezze sono sistematicamente richiamate.
Although the operative skills are considered prevailing in the verification, also the knowledge is considered through a part of the written test that provides a test with multiple-choice questions. Many of those questions are formulated in order to ascertain the knowledge of the fundamental quantities (for example the properties of stress and strain and the internal constraints) or specific definitions (such as the safety coefficient). The knowledge of these concepts is also verified in the comprehension of the exercises in which these quantities are systematically recalled.
L’obiettivo principale del corso è di fornire allo studente gli strumenti concettuali e operativi per effettuare verifiche strutturali complete su elementi di macchine o su semplici sistemi meccanici. In preparazione all’impiego di strumenti di calcolo più potenti, ma anche più complessi, le verifiche strutturali devono essere svolte in modalità manuale (con l’ausilio di strumenti di calcolo elementari) in modo che i modelli previsionali siano formulati e sviluppati sotto il controllo dello studente il quale, per questo, li comprende in tutte le loro fasi. La parte più significativa dell’abilità richiesta per superare l’esame consiste nella modellazione del problema. Per acquisire questa complessa abilità, allo studente sono forniti insegnamenti ed esempi che lo abituano a trasformare una situazione reale (in genere definita a partire da un disegno meccanico) in un modello strutturale coerente e calcolabile. Per superare l’esame, lo studente deve anche essere in grado di portare a termine, in modo adeguatamente approssimato, il modello con valutazioni quantitative (e quindi numeriche) e presentare con chiarezza i risultati in forma numerica o grafica.
The aim of the course is at providing the student with the conceptual and operational tools to perform complete structural verifications on machine elements or simple mechanical systems. In preparation for the use of more powerful but also more complex calculation tools, the structural verifications must be carried out in manual mode (with the aid of a simple calculator) so that the models are formulated and developed under the full control of the student who, for this reason, understands and controls all the phases of the procedure from the formulation to the results. The most significant part of the skill required to pass the exam is modeling the problem. To acquire this complex ability, the student is provided with lessons and examples that accustom him to transform a real situation (generally defined by means of a schematic mechanical drawing) into a coherent and calculable structural model. To pass the exam, the student must also be able to complete, in a sufficiently approximate way, the model with quantitative (and therefore numerical) evaluations and to clearly present the results in numerical or graphical form.
Il compito scritto prevede una parte consistente, nonché di prevalente peso nella valutazione, in cui sono proposti alcuni problemi tipici e sono formulate domande precise in relazione al comportamento strutturale. L’intero corso è improntato sulla presentazione, discussione e soluzione di problematiche che sono alla fine l’oggetto della prova scritta. La prova scritta per la verifica della capacità simula pertanto, anche se necessariamente in forma semplificata, lo svolgimento di attività professionali di verifica strutturale che un ingegnere meccanico deve affrontare nella professione, compresa la fase finale della presentazione dei risultati. A tale riguardo lo studente è responsabile sia del procedimento di soluzione, che deve essere coerente con i principi generali della disciplina e rispecchiare una chiara conoscenza degli argomenti, sia dei risultati che sono valutati nei loro valori numerici e in relazione alla chiarezza con cui sono presentati.
The written exam has a significant part, with a prevalent weight in the evaluation, in which some typical structural problems are proposed and precise questions are formulated. The whole course is based on the presentation, discussion and solution of problems that are at the end the object of the written exam. Therefore, the written exam for the verification of the operative ability simulates, even if in a simplified form, the activities necessary to perform structural verifications that a mechanical engineer must face in the profession, including the final phase of the presentation of results. In this regard, the student is responsible for the solution procedure, which must be consistent with the general principles of the discipline and has to demonstrate a clear knowledge of the topics, and in particular of the results that are evaluated in their numerical form. The student has also to take care of the presentation of the results.
Lo studente è chiamato ad acquisire consapevolezza dell’importanza che i procedimenti di previsione che apprende nell’ambito del corso, e sui quali è valutato all’esame, riguardano questioni legate alla sicurezza di persone e di beni e, pertanto, possono avere valenza notevole anche dal punto di vista sociale e ambientale. Tale consapevolezza costituisce un forte stimolo per una maturazione culturale e professionale e permette allo studente di cominciare a considerare l’apprendimento delle discipline tecniche (non solo quella in esame) in modo sempre meno scolastico/accademico e sempre più professionalizzante. Nel contempo, lo studente sviluppa una maggiore attenzione nei confronti di alcuni aspetti che in altri contesti sono ritenuti secondari ma che caratterizzano la pratica professionale dell’ingegnere, come l’assunzione di responsabilità, l’attenzione ai dettagli e la trasmissione efficace e non ambigua dei risultati.
The student has to become aware of the importance that the procedures that he/she learns in the course, and on which his/her ability is assessed during the exam, concern issues related to the safety of people and goods that may significantly matter also from social and environmental points of view. This awareness is a strong stimulus for his/her cultural and professional growth and allows the student to begin to consider the learning of technical disciplines (not only the one under consideration) in an increasingly less scholastic/academic way but in a more and more professionalizing mode. At the same time the student develops greater attention to certain aspects that in other disciplines could be considered secondary but which characterize the professional attitude of the engineer, such as: the assumption of responsibility, the attention to details and the effective and unambiguous transmission of the results.
Il compito d’esame viene valutato con criteri, dichiarati e discussi durante il corso, che mettono in primo piano l’importanza dell’effettivo raggiungimento degli obiettivi (il rispetto rigoroso delle consegne) dato che, in base a tale verifica, è definito il discrimine tra la sufficienza e l’insufficienza. Le modalità con cui è stato raggiunto l’obiettivo, per quanto elementi di valutazione della prova d’esame, sono considerati in subordine.
The written test is evaluated with the declared criteria that emphasize the importance of the effective achievement of the given tasks (or the strict compliance with the deliveries). Indeed, on this basis is considered the distinction between sufficiency and inadequacy. The modalities with which the objective has been achieved are considered less important elements of evaluation of the exam.
Per seguire proficuamente il corso, lo studente deve aver superato almeno gli esami di Fisica Generale I (meccanica del punto materiale e del corpo rigido, fondamenti della termodinamica), Analisi Matematica I (calcolo differenziale e integrale in R1, equazioni differenziali) e Algebra Lineare e Geometria (geometria analitica del piano e dello spazio, teoria delle matrici e dei sistemi lineari, autovalori e autovettori). Molti dei contenuti e degli strumenti operativi di tali insegnamenti sono usati nel corso già dalle prime lezioni. Tuttavia, per rendere la frequenza alle lezioni effettivamente utile all’apprendimento della disciplina, è necessaria una frequenza attiva che richiede tempo per lo studio individuale oltre le ore di lezione. Per tale motivo è scoraggiata la frequenza da parte degli studenti che hanno ancora esami del primo anno da superare. Anche se non formalmente prescritte come propedeuticità (obbligatorie), alcune conoscenze e abilità acquisite nei corsi di Disegno Meccanico, Chimica e Scienza e Tecnologia dei Materiali (gli altri insegnamenti del primo anno) sono utili per l’apprendimento della disciplina.
To successfully attendance of the course, the student must have passed at least the exams: General Physics I (mechanics of particles and rigid bodies, fundamentals of thermodynamics), Calculus I (differential and integral calculus in R1, differential equations) and Linear Algebra and Geometry (analytic geometry in 2-D and 3-D, theories of matrices and linear systems, eigenvalues and eigenvectors). Many of the subjects and skills of these courses are used already from the first lessons. However, to make the attendance to the lessons actually useful for the learning of the discipline, an active frequency is required along with the proper time for individual study beyond the hours of the lesson. For this reason, the frequency of students who still have to pass exams of the first year is discouraged. Although not formally prescribed as preparatory (mandatory), some knowledge and skills acquired in the courses of Mechanical Drawing, Chemistry and Science and Technology of Materials (the other courses of the first year) are useful for learning the discipline.
Le attività didattiche sono prevalentemente di tipo frontale. Non è chiaramente definita la distinzione tra lezioni ed esercitazioni in quanto gli argomenti ‘teorici’ costituiscono in genere generalizzazione di metodologie di modellazione o di calcolo. I numerosi esempi proposti in classe sono spesso presentati come stimolo per il completamento successivo (da svolgersi in modalità individuale o di gruppo). Non sono usate, a esclusione di alcune parti finali per motivi di chiarezza grafica, proiezioni di slide. Lo strumento normale di supporto alla spiegazione è la lavagna classica.
Il corso è supportato dalla piattaforma Moodle. Oltre che per comunicazioni e per l’erogazione di materiale didattico, la modalità E-Learning consente di proporre alcuni esempi che possono essere discussi attraverso forum da parte degli iscritti. Nel secondo semestre è proposta in E-learning anche una attività di homework (con cadenza settimanale). Gli studenti possono caricare la soluzione entro una settimana da quando l’esercizio è proposto e nella settimana successiva sono chiamati a compilare un modulo di autovalutazione sulla base della soluzione. Il modulo di autovalutazione è strutturato in modo che facilita la comprendere delle cause di eventuali errori.
Il corso prevede una prova in itinere, che si svolge negli ultimi giorni del periodo di interruzione per gli esami tra i semestri, sul programma del primo semestre. La prova in itinere ha una funzione autovalutativa ma viene svolta con modalità simili alle prove scritte d’esame. In caso di esito sufficiente, gli studenti possono usare la prova in itinere per evitare di svolgere una parte della prova scritta negli appelli di giugno e luglio.
Sulla piattaforma E-learning sono disponibili 10 tra compiti d’esame e prove in itinere (con la relativa correzione commentata) che costituiscono esempi esaustivi delle prove scritte.
The teaching activities are predominantly given in a frontal way. The distinction between theoretical lectures and applied exercises is not clearly defined because the 'theoretical' subjects generally constitute the generalization of models or discussion of classes of methodologies. The numerous examples proposed in class are often presented as a stimulus for a subsequent completion (to be carried out individually or in groups). Slide projections are not used, with the exception of the final parts for graphic clarity. The explanations is usually supported by the classic blackboard.
The course is supported by the Moodle platform. In addition to communications and the provision of supplementary materials, the E-Learning mode allows the teacher to propose some exercises/examples that can be discussed through forums by the students. In the second semester, a homework activity (delivered on a weekly basis) is also proposed in E-learning. Students can upload their individual solutions within the week in which the exercise is proposed and in the next they are called to fill in a self-assessment form on the basis of the solution that helps them understand the causes of errors.
The course includes a mid-term test, in the last days of February, dealing with the first part of the program. The mid-term exam serves as a self-assessment test but is carried out in a similar way to the final written exams. If the score is sufficient, students may use the mid-term test to avoid developing a part of the final written exam in June and July.
On the E-learning platform, 10 written exams or mid-term tests are available (with the relative commented results) which are exhaustive examples of the final written tests.
Parte I: Statica delle strutture (40 ore)
1 La forza
2 Statica del punto materiale
3 Il corpo esteso e le azioni su di esso agenti
4 Il corpo rigido e i vincoli nel piano
5 Problemi di statica del corpo rigido nel piano
6 Statica del corpo rigido nello spazio
7 Statica delle strutture di corpi rigidi
8 Problemi di statica delle strutture
9 Il modello di trave e le caratteristiche di sollecitazione
10 I diagrammi delle caratteristiche
11 Statica dei corpi deformabili
Parte II: Meccanica dei solidi (30 ore)
12 Lo stato di tensione
13 Proprietà a dello stato di tensione
14 La deformazione
15 Analisi di corpi deformati
16 La legge costitutiva
17 La legge di Hooke per il materiale elastico lineare omogeneo isotropo
18 Proprietà di resistenza e verifiche
Parte III: Meccanica degli elementi monodimensionali (35 ore)
19 Trave soggetta a forza normale
20 Trave soggetta a flessione
21 Trave soggetta a torsione
22 Trave soggetta a taglio
23 Verifiche di resistenza per le travi
24 Analisi di rigidezza delle travi
25 Travature iperstatiche
26 Stabilità dell'equilibrio elastico
Parte IV: Meccanica degli elementi bidimensionali (15 ore)
27 Comportamento meccanico delle lastre
28 Comportamento meccanico delle piastre
29 Comportamento meccanico dei gusci
30 Deformazioni e tensioni termiche
Part I: Static of structures (40 hours)
1 The force
2 Statics of particles
3 The extended body and the actions on it
4 The rigid body and its constraints in the plane
5 Static body static problems in the plane
6 Statics of the rigid body in space
7 Statics of the structures of rigid bodies
8 Structural problems of structures
9 The beam model and the internal constraints
10 The diagrams of internal constraints
11 Statics of deformable bodies
Part II: Solid Mechanics (30 hours)
12 The state of stress
13 Properties of stress
14 Strain
15 Analysis of deformed bodies
16 The constitutive law
17 Hooke's law for isotropic homogeneous linear elastic materials
18 Strength properties and structural assessment
Part III: Mechanics of one-dimensional elements (35 hours)
19 Beam under normal force
20 Beam under bending moment
21 Beam under torque
22 Beam under shear force
23 Strength assessment for beams
24 Stiffness analysis of beams
25 Over-constrained beam systems
26 Elastic stability od beam systems
Part IV: Mechanics of two-dimensional structural elements (15 hours)
27 Mechanical behavior of membranes
28 Mechanical behavior of plates
29 Mechanical behavior of shells
30 Thermal strain and stresses
Marco Beghini
Lezioni ed esercitazioni di tecnica delle costruzioni meccaniche
Edizioni Il Campano, Pisa
Volume I e Volume II
Marco Beghini
Lezioni ed esercitazioni di tecnica delle costruzioni meccaniche
Edizioni Il Campano, Pisa
Volume I e Volume II
Il materiale didattico è fedele alle lezioni e copre completamente il programma. I non frequentanti possono interagire col docente attraverso il sito di E-Learning
The material is coherent to the lessons and completely covers the topics. Non-attending students can interact with the teacher through the E-Learning website
La prova scritta prevede una batteria di 6 domande a risposta multipla (1 corretta su 3 possibilità). Successivamente viene proposto, letto e commentato il compito scritto che, di norma, comprende 3 esercizi. Il primo esercizio verte in gran parte sul programma svolto nel primo semestre, gli altri esercizi sul programma del secondo. Lo studente che abbia ricevuto una valutazione non minore di 18/30 nella prova in itinere dell’anno in corso, può, negli appelli di giugno e luglio, sostituire il primo esercizio con un esercizio molto meno oneroso e usare, per la parte mancante del compito, il voto della prova in itinere. Gli esercizi terminano con una sequenza di (due o tre) richieste esplicite e non ambigue che prevedono la determinazione di quantità numeriche oppure la rappresentazione grafica di alcuni risultati. Il punteggio massimo attribuito nella valutazione a ogni esercizio è dichiarato. Il tempo concesso per lo svolgimento della prova scritta è di norma 4 h. Nella prova scritta, alo studente è concesso l’uso della sola calcolatrice elettronica e di un formulario manoscritto di 4 facciate formato protocollo. L’ammissione alla prova orale richiede che lo scritto abbia una valutazione complessiva di almeno 15/30. La valutazione delle domande può prevedere una penalizzazione fino a 4/30 per ogni errore, determinata in relazione al tipo di domanda e alla risposta scelta. Nel normale svolgimento della prova scritta, dopo circa 2 h dall’inizio, lo studente è avvertito del numero di errori commessi nelle domande per cui, avendo avuto anche modo di esaminare il testo del compito, può decidere se proseguire o meno la prova. In caso di rinuncia in tale condizione, la prova non viene contata, viceversa, se lo studente decide di continuare, l’esito sarà in ogni caso verbalizzato e il numero di tentativi per anno è limitato a 4. In caso di ammissione con lo scritto valutato complessivamente 18/30 o più, la prova orale, in genere di durata non superiore a 20 minuti, comprende la discussione dello scritto e qualche domanda su parti non svolte nello scritto stesso. Nel caso di ammissione con votazione insufficiente, la prova orale è finalizzata alla verifica del raggiungimento delle abilità e delle conoscenze minimali per la sufficienza. Anche nella prova orale le domande sono prevalentemente relative alla verifica della capacità di impostare e risolvere problemi di analisi strutturale. Nel caso che i voti di orale e scritto siano entrambi sufficienti, il voto finale è ottenuto come media ponderata dei due con il voto dello scritto che pesa il 70%. Il voto finale può essere ulteriormente aumentato, non più di 3/30, in considerazione della partecipazione attiva dello studente alle attività svolte durante l’anno (tra cui la frequenza attiva alle lezioni, lo svolgimento della prova in itinere e la consegna delle attività relative agli homework).
The written test starts with a set of 6 multiple-choice questions (1 correct on 3 possibilities). Then the problem part is proposed, read and commented, which normally includes 3 exercises. The first exercise essentially concerns the program of the first semester, the others the program of the second. The student who has received a score not lower than 18/30 in the mid-term test of the current year, may, in the exams of June and July, replace the first exercise with a simpler exercise and use for the missing part the score of the mid-term test. Any exercise ends with a sequence of explicit and unambiguous questions requiring the determination of numerical quantities or the graphic representation of some results. The maximum score given in the evaluation for each exercise is declared. The time allowed for completing the task is normally 4 h. The student is allowed to use only the electronic calculator and a 4-page A4 manuscript of personal notes. For being admitted to the oral test, the written part has to reach an overall score of at least 15/30. The evaluation of the questions can produce a reduction up to 4/30 for each error, the value is determined on the basis of the type of question and of the chosen answer. Usually, after about 2 hours from the beginning of the test, the student is warned about the number of errors made in the multiple-choice questions so that, having also had the opportunity to examine the texts of exercises, he/she can decide whether to continue the test or not. In case of abandon in this condition, the test is not counted, vice versa, if the student decides to continue, the outcome will be in any case recorded and the number of attempts per year is limited to 4. In the case of admission with the written parte evaluated over 18/30, the oral exam, usually lasting no more than 20 minutes, includes the discussion of the written test and few questions on parts not carried out in the script itself. In the case of admission with an insufficient grade, the oral exam is aimed at verifying the achievement of the skills and the minimum knowledge for the sufficiency. Also in the oral test the questions are mainly related to the check of the skill for solving problems of structural assessments. In case the scores of both oral and written parts are sufficient, the final grade is obtained as a weighted average of the two scores the weight of written part set to 70%. The final grade can be further increased, no more than 3/30, in consideration of the student's participation in the activities carried out during the year (including the active attendance at lessons, the attendance at the mid-term test and the delivery of activities related to the homeworks).
