ELEMENTI DI PROGETTAZIONE STRUTTURALE PER L'INDUSTRIA

Docenti: 
GALUPPI Laura
Crediti: 
6
Sede: 
PARMA
Anno accademico di offerta: 
2017/2018
Settore scientifico disciplinare: 
SCIENZA DELLE COSTRUZIONI (ICAR/08)
Semestre dell'insegnamento: 
Secondo Semestre
Lingua di insegnamento: 

Italiano

Lingua dell'insegnamento: 

Italiano

Obiettivi formativi

Alla fine del percorso dell’insegnamento lo studente dovrà aver acquisito le conoscenze di base della meccanica dei corpi elastici deformabili, con particolare riferimento alla teoria delle travi.
Lo studente dovrà essere in grado di effettuare il progetto e la verifica strutturale di alcuni semplici elementi.

Al fine di sviluppare le competenze di soglia richieste, allo studente si chiede di dimostrare il raggiungimento di conoscenze sui seguenti punti:

• Conoscenza e comprensione.
o Conoscere la teoria che è alla base della meccanica dei solidi e delle strutture.
o Comprendere ed assimilare i concetti di stato deformativo, stato tensionale e di relazione costitutiva.
o Conoscere i comportamenti elastico, plastico, elasto-plastico e viscoelastico dei materiali
o Conoscere le relazioni che governano le caratteristiche di sollecitazione e la deformata (linea elastica) delle travi
o Comprendere le modalità di risposta di travi elasto-plastiche soggette a sollecitazioni semplici.
o Comprendere il comportamento delle strutture bidimensionali

• Capacita' di applicare conoscenza e comprensione.
o Saper applicare i concetti della meccanica dei solidi e delle strutture.
STUDENTI DI INGEGNERIA GESTIONALE:
o saper determinare lo stato deformativo a partire da quello tensionale e viceversa.
o Saper interpretare semplici programmi per il tracciamento dei diagrammi di sollecitazione e per il calcolo della linea elastica.
o Saper descrivere lo stato tensionale e deformativo nelle sezioni di una trave elasto-plastica sottoposta a sollecitazioni semplici
o Saper descrivere e classificare fenomeni di instabilità dell’equilibrio
o saper utilizzare le conoscenze acquisite per approfondire autonomamente tematiche relative alla meccanica dei solidi e delle strutture
STUDENTI DI INGEGNERIA MECCANICA:
o Saper scrivere semplici programmi per il tracciamento dei diagrammi di sollecitazione e per il calcolo della linea elastica.
o Saper determinare lo stato tensionale e deformativo nelle sezioni di una trave elasto-plastica sottoposta a sollecitazioni semplici
o Saper utilizzare le relazioni costitutive per materiali elastici, plastici, elasto-plastici e viscoelastici
o Saper classificare fenomeni di instabilità dell’equilibrio e calcolare i relativi carichi critici
o Applicare le conoscenze acquisite allo studio autonomo di problemi particolari di meccanica dei solidi e delle strutture ed alla progettazione di elementi

• Autonomia di giudizio
o saper analizzare le condizioni di applicabilità dei modelli strutturali comunemente adottati per descrivere strutture reali;
o saper valutare gli ambiti di utilizzo delle teorie studiate e degli strumenti numerici utilizzati
STUDENTI DI INGEGNERIA GESTIONALE:
o Saper valutare e comparare le soluzioni ingegneristiche di un problema di limitata complessità
STUDENTI DI INGEGNERIA MECCANICA:
o Saper valutare e comparare autonomamente le soluzioni ingegneristiche di un problema
o saper analizzare un problema relativo alla meccanica dei solidi e delle strutture, scegliendo autonomamente l’approccio corretto e gli strumenti opportuni per la sua risoluzione

• Abilità comunicative
o Saper comunicare efficacemente, nell’ambito della disciplina specifica, in forma scritta ed orale
STUDENTI DI INGEGNERIA GESTIONALE:
o Conoscere e saper utilizzare la terminologia scientifica/tecnica specifica dell’insegnamento
STUDENTI DI INGEGNERIA MECCANICA:
o Conoscere e saper utilizzare la terminologia scientifica/tecnica specifica dell’insegnamento, possibilmente anche in lingua inglese
o Saper utilizzare correttamente il linguaggio matematico per la rappresentazione degli argomenti trattati.

• Capacità di apprendere
o Capacità di catalogare, schematizzare e rielaborare le nozioni acquisite
o Capacità di collegare i diversi argomenti trattati tra loro e con le discipline di base ed affini
o Capacità di utilizzare le conoscenze acquisite in modo autonomo

Prerequisiti

E’ fondamentale avere una conoscenza di base di analisi matematica e algebra lineare, e di nozioni fondamentali di fisica.

E’ fondamentale avere una conoscenza di base di analisi matematica e algebra lineare, di nozioni fondamentali di fisica e di Scienza delle Costruzioni

Contenuti dell'insegnamento

Il Corso riguarda lo studio e l’utilizzo di modelli fisico-matematici che descrivano il comportamento delle strutture e dei loro componenti (elementi strutturali) sotto l'effetto di varie azioni o sollecitazioni. Il Corso si propone di fornire una trattazione unitaria dei principali aspetti del comportamento meccanico delle strutture, così come degli aspetti basilari della progettazione meccanica.

L’insegnamento riguarda lo studio del comportamento delle strutture e dei loro componenti (elementi strutturali) sotto l'effetto di varie azioni o sollecitazioni. In particolare, il Corso si propone di approfondire aspetti accennati nell'ambito dei corsi di “Scienza delle Costruzioni” (per gli allievi Ingegneri Meccanici) e “Progettazione e disegno di componenti industriali – 2° modulo” (per gli allievi Ingegneri Gestionali) e di esaminarne di nuovi. Finalità specifica del corso è dotare lo studente degli strumenti necessari per la comprensione e l'applicazione di modelli dell'analisi strutturale, integrandone la formazione con quegli argomenti che non possono trovare spazio nei soli corsi caratterizzanti.
La prima parte del corso è dedicata alla Meccanica dei Solidi e comprende quindi richiami di analisi di deformazione e tensione ed i legami costitutivi (elasticità lineare, cenni di elasticità non lineare, elastoplasticità e viscoelasticità). La seconda parte del corso sarà invece dedicata alla Meccanica delle Strutture. In particolare, verranno richiamati i concetti relativi alla risoluzione delle strutture isostatiche ed iperstatiche, che verranno utilizzati per lo sviluppo di programmi numerici per il tracciamento dei diagrammi delle caratteristiche di sollecitazione interna e della deformata (linea elastica) di una trave. Segue poi lo studio di travi in materiale elasto-plastico, soggette a sollecitazioni semplici (sforzo normale, flessione, torsione, taglio), con particolare riguardo alle deformazioni plastiche ed alle tensioni residue. Si affronterà poi lo studio di strutture bidimensionali a superficie media piana, sollecitate da azioni contenute nella superficie media (regime membranale) e ortogonali alla superficie media (regime flessionale). Infine, si affronteranno problemi di instabilità dell’equilibrio.
La parte finale del corso sarà dedicata allo sviluppo, all’approfondimento e all’applicazione di diverse tematiche affrontate nel corso dell’insegnamento.

Programma esteso

1. Principi fondamentali della meccanica. Concetto di forza. Momento di una forza. Condizione di equilibrio. Applicazioni in ingegneria.
2. Introduzione alla meccanica dei corpi deformabili. Concetto di tensione e deformazione.
3. Analisi e progetto di travi inflesse. Carichi distribuiti. Risultante dei carichi distribuiti. Relazioni differenziali di equilibrio. Diagrammi delle sollecitazioni.
4. Sforzo normale. Torsione. Flessione semplice. Taglio. Dimensionamento e verifica di elementi soggetti a diversi stati di sollecitazione.
5. Trasformazione di tensioni e deformazioni. Criteri di resistenza. Dimensionamento e verifica di elementi strutturali e organi meccanici.
6. Deformazione di travi soggette a flessione. Relazione momento-curvatura.
7. Elementi di instabilità dell'equilibrio elastico. Formula di Eulero. Influenza delle condizioni di vincolo.

1. Legami costitutivi
1.1. Richiami di analisi della tensione e della deformazione. Classificazione degli stati tensionali.
1.2. Modelli ideali di comportamento dei materiali. Elasticità lineare e non lineare. Elastoplasticità. Viscoelasticità.

2. Utilizzo di programmi numerici per la determinazione della linea elastica
2.1. Richiami: risoluzione delle strutture isostatiche ed iperstatiche, diagrammi di sollecitazione, relazioni tra le caratteristiche di sollecitazione, relazione momento-curvatura, equazioni della linea elastica
2.2. utilizzo e scrittura di programmi numerici (Matlab) per il tracciamento dei diagrammi delle caratteristiche di sollecitazione interna di una trave
2.3. utilizzo e scrittura di programmi numerici (Matlab) per la determinazione della deformata (linea elastica) di una trave

3. Studio di solidi di tipo trave in campo elasto-plastico
3.1. Sforzo normale. Deformazioni plastiche.
3.2. Flessione retta. Deformazioni plastiche, tensioni residue. Cerniere plastiche nelle travi inflesse.
3.3. Torsione. Deformazioni plastiche, tensioni residue.
3.4. Taglio (cenni)

4. Strutture bidimensionali a superficie media piana
4.1. Strutture sollecitate da azioni contenute nella superficie media (regime membranale)
4.2. Strutture sollecitate da azioni ortogonali alla superficie media (regime flessionale). Modello di Reissner-Mindlin, modello di Kirchhoff-Love.

5. Elementi di instabilità dell'equilibrio elastico.
5.1. Stabilità di elementi compressi. Carico critico Euleriano.
5.2. Stabilità di strutture ad elasticità concentrata.
5.3. Instabilità flessionali e torsionali. Instabilità locali.

Bibliografia

F. P. Beer, E. R. Johnston, J. T. DeWolf, D. F. Mazurek, "Meccanica dei solidi - Elementi di scienza delle costruzioni", MCGraw-Hill, 4° edizione.

F. P. Beer, E. R. Johnston, J. T. DeWolf, D. F. Mazurek, "Meccanica dei solidi - Elementi di scienza delle costruzioni", MCGraw-Hill, 4° edizione. Dispense del corso.
Altri testi consigliati:
• S. H. Crandall, N. C. Dahl, T. J. Lardner, “Introduction to the Mechanics of Solids”, McGraw-Hill, 2° Edizione (in inglese).
• O. Belluzzi, “Scienza delle Costruzioni”, Zanichelli.

Metodi didattici

Si prevedono lezioni ed esercitazioni frontali alla lavagna. Di regola, verrà seguito il più possibile il testo consigliato. Verranno proposti esercizi che lo studente potrà risolvere a casa; il docente sarà disponibile per eventuali chiarimenti.

Si prevedono lezioni ed esercitazioni frontali alla lavagna, che privilegeranno modalità di apprendimento attivo. Di regola, verrà seguito il più possibile il testo consigliato. Verranno proposti esercizi che lo studente potrà risolvere a casa. Il materiale didattico relativo alle lezioni sarà caricato su Elly a cadenza settimanale.
Nella seconda parte del corso, agli studenti verranno proposti approfondimenti su tematiche relative al corso, esercizi di progettazione basati sui contenuti del corso, studio di particolari problemi di meccanica dei solidi e delle strutture, con particolare riferimento ad applicazioni in ambito meccanico ed industriale, da svolgersi singolarmente o in piccoli gruppi (di massimo 3 studenti). Tali argomenti potranno essere scelti dagli studenti tra quelli proposti dalla docente, oppure proposti dagli studenti stessi. La docente avrà cura di guidare ed indirizzare gli studenti in questa fase. Gli elaborati prodotti verranno discussi in sede d’esame.
La docente è disponibile per chiarimenti durante l’orario di ricevimento, oppure su appuntamento.

Modalità verifica apprendimento

La verifica dell’apprendimento sarà effettuata tramite una prova scritta, in cui verrà richiesto allo studente di risolvere esercizi delle stesse tipologie viste in aula, ed una prova orale su tutti gli argomenti del corso.
In base al numero di studenti, verrà valutata la possibilità di sostituire la prova orale con la presentazione e discussione di un progetto (svolto in gruppo) dagli studenti.

La verifica dell’apprendimento sarà effettuata tramite
• una prova scritta, della durata di 2 ore, in cui verrà richiesto allo studente di risolvere esercizi delle stesse tipologie viste in aula. Durante la prova scritta lo studente potrà utilizzare formulario e calcolatrice, oltre a strumenti per la scrittura e il disegno. La valutazione avviene su scala 0-30 e sono ammessi all’orale i candidati che conseguono almeno 18/30. Il voto della prova scritta viene comunicato tramite pubblicazione su Elly.
• una prova orale consistente nell’esposizione e nella discussione critica dell’elaborato prodotto dallo studente, relativo ad approfondimenti su tematiche relative al corso, esercizi di progettazione basati sui contenuti del corso, studio di particolari problemi di meccanica dei solidi e delle strutture. Durante la prova orale verrà verificato che lo studente conosca e abbia utilizzato correttamente le conoscenze relative alla meccanica dei solidi e delle strutture, applicate ad un problema scelto autonomamente, e sia in grado di comunicare procedimenti e risultati ottenuti utilizzando la terminologia specifica della disciplina. Nel caso di lavori svolti in gruppo, è necessario che ogni membro del gruppo padroneggi tutto il lavoro, nella sua completezza ed espliciti le parti che ha svolto personalmente. La valutazione avviene su scala 0-30 e il voto viene comunicato immediatamente al termine della prova stessa.
Il voto finale risulterà dalla media aritmetica dei due risultati. La lode viene assegnata nel caso del raggiungimento del massimo punteggio su entrambe le prove, a cui si aggiunga la padronanza del lessico disciplinare.

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