L'insegnamento introduce lo studente alle analisi strutturali a elementi finiti e ad un consapevole utilizzo dei software dedicati a questo tipo di analisi. Saranno sviluppati concetti di base del metodo degli elementi finiti, le tipologie di elementi finiti e il loro utilizzo in funzione del fine dell’analisi. Parte dell'insegnamento è dedicata all’analisi dei risultati e alla validazione dei modelli sviluppati.

Lo studente:
- Conoscenza e capacità di comprensione applicate (applying knowledge and understanding): conosce e comprende metodi di analisi strutturale e i software per analizzare i vincoli strutturali e di produzione dei prodotti industriali ed è in grado di applicare gli strumenti appresi al fine di ricavare dati utili al progetto;
- Autonomia di giudizio (making judgements): è in grado di analizzare i risultati e alla validazione dei modelli sviluppati.

Le basi del metodo degli elementi finiti vengono introdotte in parallelo ai modelli e alle tecniche dell'analisi strutturale utili per l'analisi dei prodotti industriali.

Seguendo i percorsi

"prototipo fisico" → "modello matematico" → "analisi numerica"

o meglio

"problema progettuale" → "concettualizzazione e modellazione" → "soluzione assistita da calcolatore (FEM)"

gli studenti sono introdotti al metodo degli elementi finiti e alle sue applicazioni. Si dedicherà sempre molta attenzione all'analisi critica e validazione dei risultati ottenuti.

È previsto lo svolgimento di un progetto su un prodotto da concordare con il docente. 

Programma dettagliato

Introduzione all’analisi strutturale: richiami di resistenza dei materiali. Introduzione alle strutture a travi. Stato di sforzo semplici: trazione, flessione, taglio e torsione.  Stati di sforzo piano e 3D.  Verifiche di resistenza: definizione di sforzo limite e ammissibile. Verifiche in stato di sforzo composto: criteri di Galileo-Rankine e di Von Mises. 

Introduzione al metodo degli elementi finiti (FEM): discretizzazione in elementi finiti di una struttura, funzioni di forma, matrice di rigidezza, discretizzazione dei vincoli e dei carichi applicati. 

Le tipologie di elementi finiti: elementi barra, trave, sforzo e deformazione piana, elementi 3D. Cenni di elementi a guscio. Scelta dei tipo di elemento finito da utilizzare in funzione dell’obiettivo dell’analisi.

Tecniche di modellazione a elementi finiti: "free mesh" e mesh strutturate. L'utilizzo dei modelli CAD per analisi a elementi finiti: opportunità e problemi. Come sfruttare simmetrie geometriche e di carico.

Analisi del processo risolutivo: valutazione dei messaggi di errore dei codici di calcolo.

Analisi critica dei risultati:  validazione dei modelli, criteri di accettabilità dei risultati, analisi di convergenza.

Esercitazioni: verranno proposti esercizi applicativi sugli argomenti trattati a lezione.

Laboratorio numerico: è previsto lo sviluppo del progetto di un prodotto industriale di interesse dello studente da concordarsi con il docente. 

Non sono richiesti pre-requisiti per la frequenza dell'insegnamento.

L'esame consiste in una prova orale in cui saranno discussi il progetto elaborato e gli argomenti trattati a lezione.