Obiettivi e contenuti del corso

Obiettivo formativo principale

Il corso di dinamica dei sistemi aerospaziali si propone di fornire la capacità di modellare la realtà attraverso una sua idealizzazione in modelli fisici, da rappresentare ed analizzare in forma di modelli matematici, per trasporre infine il risultato nella soluzione approssimata dei corrispondenti problemi reali.  Durante il corso vengono rivisti e contestualizzati la descrizione della cinematica dei corpi rigidi nel piano e nello spazio, i sistemi di corpi vincolati, la loro descrizione mediante le formulazioni di Newton-Eulero e di D'Alembert-Lagrange secondo i principi della meccanica analitica.  Vengono introdotte le forze dipendenti dalla configurazione, i fenomeni legati all'interazione tra gli elementi di macchina, quali l'attrito, il rotolamento, la lubrificazione.  Viene presentato l'approccio energetico alla descrizione delle macchine ad un grado di libertà.  Vengono presentati gli azionamenti idraulici ed elettrici, mediante la contestualizzazione di conoscenze modellistiche acquisite in corsi precedenti.  L'azionamento dei sistemi accoppiati viene studiato dal punto di vista del suo controllo.  A seguito dell'introduzione del concetto di passaggio dal continuo al discreto, la dinamica dei sistemi viene quindi studiata dal punto di vista delle vibrazioni attorno ad una configurazione stazionaria, sia per lo studio della stabilità che della risposta a forzanti periodiche. Questo viene prima applicato a sistemi ad un grado di libertà, liberi e forzati, smorzati e non, quindi a sistemi a più gradi di libertà, introducendo i concetti di frequenze e modi propri di vibrare.  L'argomento è completato da cenni allo studio della stabilità e della risposta di sistemi immersi in campi di forza non conservativi, con applicazioni all'aeroelasticità dei velivoli.

Obiettivi formativi metodologici

Visione multidisciplinare delle problematiche mediante l'integrazione di conoscenze provenienti da insegnamenti diversi.  Sviluppo della capacità di elaborare scenari non necessariamente familiari mediante l'analisi di problemi in forma non codificata.  Sviluppo della capacità di idealizzazione di problemi reali e di loro descrizione ed analisi con modelli matematici adeguati.  Sviluppo della capacità di valutazione della bontà di un modello, dell'applicabilità dei risultati dell'analisi al problema reale e del livello di approssimazione che il suo utilizzo comporta rispetto al problema reale.

Obiettivi formativi secondari

Miglioramento della capacità di sviluppo di semplici strumenti per la soluzione di problemi numerici mediante laboratori informatici di programmazione scientifica di base (ad esempio, utilizzo di metodi già acquisiti in precedenza per: soluzione di sistemi di equazioni algebriche lineari e non-lineari, integrazione nel tempo di sistemi di equazioni in forma esplicita e implicita, soluzione problemi agli autovalori generalizzati e in forma parametrica, soluzione di problemi consistenti).  Miglioramento della capacità di comunicazione orale mediante un esame orale.

Descrizione degli argomenti trattati

Vengono di seguito elencati i capitoli in cui è suddiviso il programma del corso. Per ciascun capitolo vengono dati gli argomenti principali.

1.       Introduzione alla modellazione: concetto di modellazione, obiettivi e tecniche di analisi.  Richiami di cinematica e dinamica dei sistemi di corpi rigidi e applicazioni.  Dipendenza delle forze dal tempo e dalla configurazione.  Azioni interne in sistemi meccanici.  Moto in grande e moto perturbato, linearizzazione.  Richiami di dinamica analitica.  Equazioni di Lagrange di I° e II° tipo.  Cenni di modellazione multicorpo.

2.       Azioni mutue tra elementi di macchine: modelli di attrito e sistemi di equazioni ibride; usura; resistenza al rotolamento; cenni di teoria della lubrificazione.

3.       Dinamica della macchina a un grado di libertà: moto vario, stazionario e periodico.  Bilanci di potenza e rendimento delle trasmissioni, con applicazioni.  Trasmissioni: organi di macchine.

4.       Tecniche di azionamento e controllo: tecniche di azionamento integrate nelle equazioni della dinamica; applicazioni elettromeccaniche (motore c.c.) e idrauliche (attuatore, servovalvola) a sistemi multidisciplinari controllati (controllo in spostamento del pistone, controllo in velocità del motore in c.c.).

5.       Sistemi vibranti: dal continuo al discreto. Sistemi ad un grado di libertà (moto libero, forzato, smorzato e non; identificazione dei parametri), con applicazioni (accelerometro, accelerometro dinamico, sismografo, isolamento dalle vibrazioni).  Sistemi vibranti a più gradi di libertà (moto libero, forzato, smorzato e non; approccio modale; modelli ridotti e modi di accelerazione), con applicazioni (assorbimento vibrazioni, velocità critica degli alberi rotanti). Studio di stabilità, risposta e controllo di sistemi multidisciplinari soggetti a campi di forze non conservative (attrito, flutter, dinamica della pala di elicottero) (2.5 crediti).

Organizzazione del corso e modalità di verifica

Modalità didattiche

I contenuti del corso verranno illustrati mediante lezioni frontali.  Il consolidamento delle nozioni acquisite e la preparazione alla prova scritta saranno supportati da esercitazioni individuali in aula.  Ad integrazione delle lezioni, per favorire l'ulteriore assimilazione dei concetti acquisiti, sono previsti laboratori informatici.

Modalità di verifica

L'accertamento della preparazione raggiunta è verificato mediante una prova scritta, il cui superamento consente di accedere ad una prova orale, da svolgersi tassativamente nello stesso appello della prova scritta.  La prova scritta verte sulla soluzione di semplici problemi multidisciplinari in forma e struttura non strettamente codificate, in modo da far emergere la reale comprensione dei problemi e dei metodi di soluzione, al di là della capacità di risolvere i primi applicando i secondi in modo acritico.  La prova orale consiste in un colloquio sugli argomenti che costituiscono il programma del corso, a partire da una discussione critica della prova scritta.  La prova scritta determina l'ammissione alla prova orale, ma non partecipa necessariamente, in misura predeterminata, alla costituzione del giudizio finale.

Ristampa dell'originale McGraw-Hill del 1967