Le macchine costituiscono una classe fondamentale di sistemi nell'ambito dell'ingegneria meccanica. Il principale obiettivo dell'insegnamento è quello di fornire i metodi e gli strumenti necessari ad affrontare, formalizzare e risolvere i più importanti problemi ingegneristici relativi alla progettazione strutturale di una macchina

Più in particolare gli obiettivi dell’insegnamento riguardano:

• l’introduzione dei concetti fondamentali per la schematizzazione di elementi di macchine (assi, alberi, ingranaggi, cuscinetti, telai, giunti, molle, ecc.) ai fini dello studio dell’equilibrio e del calcolo delle reazioni vincolari, delle azioni interne, degli sforzi e delle deformazioni, in base al legame elastico lineare, nonché della deformabilità delle strutture;
• strumenti e metodi per costruire un modello matematico strutturale di sistemi isostatici e semplici sistemi iperstatici;
• strumenti per la valutazione dello stato di sforzo e deformazione all’interno di una struttura con approfondimento del legame elastico lineare;
• gli strumenti fondamentali di verifica per stati di sforzo statici;
• gli strumenti fondamentali di verifica per stati di sforzo semplici a fatica.

Il corso è articolato su una serie di lezioni e di esercitazioni applicative, connesse agli argomenti delle lezioni. Le esercitazioni sono volte a consolidare le conoscenze ed i metodi appresi a lezione e sono, soprattutto nella parte finale del corso, costituiti anche da esempi utili per lo svolgimento della prova scritta.

Le nozioni saranno integrate attraverso esercizi applicativi, basati sulla schematizzazione di elementi di macchine.

Nelle attività di esercitazione viene anche inserito un laboratorio sperimentale con lo scopo di consolidare alcune importanti nozioni.

Conoscenza e comprensione

A seguito del superamento dell’esame, lo studente:

• conosce le metodologie ed i principi per descrivere la cinematica di una struttura
• conosce le metodologie ed i principi per descrivere in termini matematici la distribuzione di carichi e sollecitazioni all’interno di una struttura sia nel piano che nello spazio
• conosce lo stato di sforzo all’interno di una struttura anche in presenza di intagli
• comprende le condizioni limite di un materiale metallico
• comprende e conosce metodi per calcolare la deformazione di strutture semplici
• conosce la modalità di verifica statica di un elemento di macchina
• conosce e comprende le modalità di cedimento a fatica e le modalità di verifica strutturale per stati di sforzo semplici 
• comprende aspetti strutturali dei più comuni elementi di macchina
• comprende e conosce i principi fondamentali di progettazione e/o verifica strutturale di componenti e sistemi meccanici semplici

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

A seguito del superamento dell’esame, lo studente:

• è in grado di effettuare analisi cinematiche di semplici sistemi meccanici nel piano
• è in grado di calcolare la distribuzione di sollecitazioni all’interno di una struttura (reazioni vincolari, azioni interne) isostatica
• sa calcolare sforzi e deformazioni all’interno di una struttura
• è in grado di rappresentare lo stato di sforzo all’interno di una struttura attraverso la definizione degli sforzi principali
• con riguardo ad una semplice struttura è in grado di calcolarne la deformabilità e le sollecitazioni anche nel caso di situazioni iperstatiche
• è in grado di identificare le principali proprietà meccaniche di un materiale metallico al fine delle verifiche di resistenza  
• è in grado di analizzare strutture con presenza di intaglio
• sa effettuare verifiche di resistenza statiche
• sa riconoscere una situazione di sollecitazione a fatica ed eseguire verifiche di resistenza a fatica per stati di sforzo semplici
• è in grado di definire una procedura di progettazione e/o verifica strutturale di componenti e sistemi meccanici semplici utilizzando un approccio rigoroso

• Descrizione funzionale dei più comuni elementi di macchine: Descrizione dei più comuni elementi di macchine e sistemi meccanici (ruote, pulegge, assi, alberi, ingranaggi, cuscinetti, telai, molle, recipienti di piccolo spessore), con riferimento alle funzioni da loro sostenute ed alle aspettative di esercizio.
• Analisi cinematica:richiami di calcolo vettoriale, gradi di libertà e di vincolo, classificazione dei sistemi (ipostatici, isostatici, iperstatici); schematizzazione delle situazioni reali con particolare riferimento ad assi, alberi e cuscinetti; cinematica delle strutture, valutazione della labilità.
• Statica:Forze e sistemi di forze, momenti, reazioni vincolari, condizioni di equilibrio (aspetti concettuali ed applicativi con riferimento agli elementi delle macchine); applicazioni relative ad alberi, assi, supporti.
• Azioni interne:Diagrammi delle azioni interne (azione assiale, taglio, flessione, torsione) in strutture isostatiche a geometria piana, con carichi applicati anche fuori piano.
• Sforzi e deformazioni, legame elastico lineare:Geometria delle aree; i casi di De Saint Venant: azione assiale, flessione retta, taglio, torsione in componenti a sezione circolare.
• Calcoli di deformabilità degli elementi di macchine: Metodo della linea elastica, con introduzione al calcolo delle reazioni iperstatiche; applicazione a elementi di macchine e strutture.
• Analisi dello stato di sforzo piano:Definizione delle sollecitazioni principali. Cerchi di Mohr. Determinazione delle sollecitazioni principali a partire da stati di sforzo generici piani e viceversa. Determinazione dello stato di sforzo in sezioni di elementi di macchine caricati anche fuori dal proprio piano.
• Sollecitazioni limite:curve sforzo-deformazione per materiali duttili e fragili e determinazione delle condizioni limite di resistenza a trazione. Definizione della sollecitazione ammissibile e del coefficiente di sicurezza.
• Effetto di intaglio:definizione del coefficiente di sovrasollecitazione teorico, Kt, e di quello sperimentale, Ks, per materiali fragili e duttili e del coefficiente di intaglio a fatica, Kf.
• Verifica di resistenza statica:verifica di resistenza per stati di sforzo semplici e multiassiali. I principali criteri di resistenza statica per materiali duttili e fragili.
• Verifica di resistenza a fatica: aspetti fenomenologici, aspetti storico-sociali rilevanti. Comportamento del materiale sottoposto a sollecitazioni cicliche, diagramma di Whöler e definizione del limite di fatica. La fatica nei componenti.

Applicazioni:esempi di progetto e verifica di elementi di macchine.

Sono necessarie conoscenze nell'ambito dell'analisi matematica e della geometria, con particolare riferimento ad algebra delle matrici. Sono necessarie le conoscenze della meccanica del punto e del corpo rigido oltreché nozioni nell’ambito del calcolo vettoriale impartite nel corso di fisica sperimentale. È inoltre richiesto di avere padronanza nell'interpretazione del disegno tecnico.

L'esame è composto da una prova scritta e una prova orale facoltativa. La prova scritta è formata da due sezioni. Nella prima sezione vi sono esercizi da risolvere, sia graficamente che numericamente, riguardanti la cinematica delle strutture, l’analisi delle azioni interne e dello stato di sforzo e calcoli di deformabilità. Nella seconda sezione vengono presentati esercizi riguardanti la verifica strutturale di una struttura completa e domande più specifiche a risposta aperta sia su argomenti di teoria che legati ad aspetti più di dettaglio della verifica strutturale.

Scopo della prova scritta è di verificare le capacità di applicare conoscenze dei metodi di analisi strutturale ad elementi rappresentativi con diversi livelli di complessità. Al termine della prova verrà proposta una votazione che potrà essere non rifiutata e quindi rappresentare la votazione definitiva. L'accesso alla prova orale è facoltativo ed è condizionato al superamento positivo della prova scritta. La prova orale può essere sostenuta solo nella sessione in cui è stata superata la prova scritta. La prova orale consiste nel rispondere a domande, in forma aperta, che vertono su tutti gli argomenti trattati nel corso (sia durante le lezioni, quindi di carattere teorico, che durante le esercitazioni), corredando la forma discorsiva con equazioni e grafici, in un’esposizione sintetica e completa.  In funzione di specifiche esigenze organizzative potrà essere richiesto di svolgere la prova orale rispondendo alle domande componendo un elaborato scritto, oggetto di discussone con il docente.Scopo della prova orale è di verificare le conoscenze alla base dello studio della verifica strutturale di componenti di macchine, valutando sia la comprensione dei fenomeni fisici sia la loro implementazione matematica (dimostrazione). Nell’ambito della prova orale si verifica anche la capacità di trasmettere i risultati dell’analisi svolta sia in termini matematici sia con rappresentazioni grafiche. La prova orale potrà modificare il punteggio ottenuto durante la prova scritta solo in forma limitata e in un range di +-3 punti.