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Scheda Riassuntiva
Anno Accademico 2019/2020
Scuola Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
Insegnamento 086510 - PROGETTAZIONE ASSISTITA DAL CALCOLATORE
Docente Petrone Gianfranco
Cfu 5.00 Tipo insegnamento Monodisciplinare

Corso di Studi Codice Piano di Studio preventivamente approvato Da (compreso) A (escluso) Insegnamento
Ing Ind - Inf (1 liv.)(ord. 270) - BV (353) INGEGNERIA MECCANICA*AZZZZ086510 - PROGETTAZIONE ASSISTITA DAL CALCOLATORE

Obiettivi dell'insegnamento

La Progettazione Assistita da Calcolatore, nell’accezione qui usata, indica l’utilizzo di software commerciale, per la simulazione del comportamento strutturale di un componente meccanico in condizioni di equilibrio per l’azione di forza assegnate o per l’imposizione di spostamenti. Il componente va dapprima modellato a computer come oggetto solido, nelle sue parti essenziali e significative e quindi modellato ad elementi finiti riconoscendo e modellando opportunamente sia le condizioni di carico che quelle di vincolo. I risultati della simulazione – chiamata FEM o MEF – ottenuti in grande quantità vanno selezionati ed opportunamente rappresentati in forma grafica. Le tre fasi, modellazione solida – CAD -, modellazione ad elementi finiti – CAE -, rappresentazione dei risultati possono essere sviluppate in un unico ambiente o tramite software singolarmente ed appositamente dedicati ad ogni singola fase.


Risultati di apprendimento attesi

Lo studente acquisisce conoscenza e comprensione relative alla modellazione ad elementi finiti e la capacità di applicazione di tale conoscenza e comprensione per:

  • adattare al componente meccanico sotto esame il modello strutturale più idoneo, dipendente dalla sua geometria, dalle azioni meccaniche prevalenti in esso presenti e dai risultati a cui si è interessati:
  • impostare calcoli strutturali semplificati preliminari che forniscano pochi risultati indicativi da confrontare con i risultati delle analisi FEM;
  • riconoscere le differenze di prestazione che possono offrire i diversi modelli strutturali adottati, sia in termini di numerosità e precisione dei risultati sia in termini di lavoro di preparazione necessario;
  • scegliere quali grandezze estrarre dalla mole di risultati prodotti dal software per la rappresentazione e visualizzazione solo di quelle significative;
  • scrivere una relazione tecnica nella quale: giustifica sia il modello di calcolo preliminare adottato che quello FEM; mostra come ha realizzato il modello FEM (scelta elemento finito, attribuzione caratteristiche materiale, applicazione dei vincoli e dei carichi, ecc); riporta in forma grafica i risultati da lui selezionati perché significativi, confrontandoli tra loro e con quelli ottenuti tramite l’analisi semplificata.

Argomenti trattati
  • Applicazione del Modello trave

Impiego di elementi finiti monodimensionali 3D a risposta solo assiale (elementi “asta”) o completa (assiale, tagliante, flettente, torcente) per componenti o semplici strutture che si prestano a tale modellazione (solidi alla De Saint Venant). Approfondito confronto tra analisi FEM e analisi secondo la Meccanica dei Solidi e Costruzione di Macchine. Modellazione dei vincoli, riconoscimento ed uso delle simmetrie, gradi di libertà. Rappresentazione, lettura ed interpretazione dei risultati.

  • Costruzione di Modelli piani e modelli assial-simmetrici2D

Semplificazione del componente fisico, in funzione della geometria e della disposizione dei carichi e dei vincoli, in modello strutturale 2D. Elementi finiti piani per il continuo 2D. Mesh regolari e mesh irregolari. Gradi di libertà. Funzioni di forma lineari e quadratiche, possibilità e limiti all’incremento del numero e complessità degli elementi finiti. Infittimento. Sistemi di riferimento locali. Rappresentazione, lettura ed interpretazione dei risultati.

  • Costruzione Modelli assial-simmetrici 3D, modelli a lastre piane e a lastre curve

Soluzione analitica per un certo numero di casi particolari (cilindri a piccolo spessore, cilindri a grosso spessore, lastre piane circolari), confronto con le soluzioni FEM. Elementi finiti Shell; gradi di libertà. Impiego su modelli di strutture a travi con sezione scatolata: caratteristiche dei risultati in confronto con quelli ottenibili con elementi trave. Rappresentazione, lettura ed interpretazione dei risultati.

  • Modellazione e analisi di corpi tridimensionali

Uso degli elementi solidi 3D. Importazione del modello solido in ambiente FEM. Sistemi di controllo della mesh, forma, distorsione, distribuzione, infittimento. Imposizione dei vincoli e dei carichi. Sistemi di riferimento. Rappresentazione, lettura ed interpretazione dei risultati.


Prerequisiti

L’insegnamento prevede 2 ore di lezioni settimanali nel corso delle quali si illustreranno le peculiarità del calcolo ad elementi finiti dal punto di vista del suo utilizzo con brevi cenni circa gli sviluppi teorici che sono alla base della sua formulazione, e di 3 ore settimanali di laboratorio informatico, la cui partecipazione è fortemente consigliate per imparare ad utilizzare i programmi di calcolo commerciali (fasi e procedure di pre e post processing) lavorando sulla determinazione delle prestazioni strutturali di componenti meccanici. L'applicazione del metodo è possibile solo tramite l'uso di computer; necessaria la buona dimestichezza con l'uso del medesimo, dei principali software di editing, di fogli di calcolo, di presentazione e di CAD per la modellazione solida 3D (insegnamento Metodi Di Rappresentazione Tecnica), essenziale per la costruzione dei modelli da sottoporre ad analisi. È necessaria una discreta conoscenza di geometria descrittiva. I software di simulazione FEM sono quelli disponibili sulla piattaforma di Ateneo. Il metodo è applicato ai problemi di calcolo strutturale quindi è necessaria la buona conoscenza degli argomenti già imparati dagli allievi nel corso degli insegnamenti di Meccanica Applicata alle Macchine e Costruzione di Macchine 1.


Modalità di valutazione

La modalità di verifica dell’apprendimento prevede un esame finale, con prova svolta al computer, personale o di Ateneo, basata principalmente sulla modellazione ed analisi ad elementi finiti di un componente meccanico opportunamente caricato e vincolato, con un software di tipo commerciale e disponibile in Ateneo. Lo studente darà dimostrazione del livello di conoscenza acquisito attraverso:

  • La corretta interpretazione del testo di esame costituito da un disegno tecnico - schematico - del componente e dalla descrizione delle modalità di funzionamento da prendere in considerazione;
  • L’adozione di un modello di calcolo “elementare” preliminare, con relativi brevi calcoli, basato sulle conoscenze della meccanica applicata e della costruzione di macchine, idoneo a rappresentare il componente sotto esame;
  • La scelta più opportuna del modello FEM da adottare in funzione del maggiore e significativo livello di approfondimento raggiungibile rispetto a quanto già esplicitato con l’analisi preliminare;
  • La capacità di generare il modello geometrico necessario alla applicazione degli elementi finiti;
  • La capacità di costruire il modello ad elementi finiti sul modello geometrico anche attraverso il passaggio da ambienti di lavoro differenti;
  • La capacità di interpretare le condizioni di carico e di vincolo indicate dal testo ed applicarle in maniera idonea agli elementi finiti cui competono;
  • La scelta dei risultati da riportare perché significativi nel dare dimostrazione del comportamento strutturale del componente;
  • La stesura di una relazione tecnica, 10 – 12 pagine in formato pdf, nel quale riportare tutti i punti precedentemente indicati

Bibliografia
Risorsa bibliografica facoltativaXiaolin Chen - Yijuan Liu, Finite Element Modeling and Simulation with ANSYS Workbench - Second Edition, Editore: CRC Press- Taylor and Francis Group, Anno edizione: 2019, ISBN: 978-1-138-48629-4
Note:

The text conbines finite element theory with real-world practice by an introduction to the finite element modeling and analysis, usefull for those with no prior experience.

Risorsa bibliografica facoltativaDr. Bryan J. Mac Donald, Practical Stress Analysis with Finite Elements (2nd Edition), Editore: Glasnevin Publishing, Anno edizione: 2013, ISBN: 978-0-9555781-6-8
Note:

The emphasis of this book is on doing FEA, not writing a FE code. A method is provided to help you plan your analysis and a chapter is devoted to each choice you have to make when building your model giving you clear and specific advice.

Risorsa bibliografica facoltativaRobert Davis Cook, Finite element modeling for stress analysis, Editore: Wiley, Anno edizione: 1995, ISBN: 0471107743
Note:

Oriented toward those who will use finite elements (FE) rather than toward theoreticians and computer programmers. Emphasizes the behavior of FE and how to use the FE method successfully. Contains end-of-chapter exercises and extensive advice about FE modeling.

Risorsa bibliografica facoltativaHuei-Huang Lee, Finite Element Simulations with ANSYS Workbench 15 - Theory, Applications, Case Studies, Editore: SDC Publications, Anno edizione: 2014, ISBN: 978-1-58503-907-4
Note:

It is a comprehensive and easy to understand workbook. It utilizes step-by-step instructions to help guide you to learn finite element simulations. Twenty seven real world case studies are used throughout the book. Relevant background knowledge is reviewed whenever necessary.


Forme didattiche
Tipo Forma Didattica Ore di attività svolte in aula
(hh:mm)
Ore di studio autonome
(hh:mm)
Lezione
12:30
18:45
Esercitazione
37:30
56:15
Laboratorio Informatico
0:00
0:00
Laboratorio Sperimentale
0:00
0:00
Laboratorio Di Progetto
0:00
0:00
Totale 50:00 75:00

Informazioni in lingua inglese a supporto dell'internazionalizzazione
Insegnamento erogato in lingua Italiano
Disponibilità di libri di testo/bibliografia in lingua inglese
Possibilità di sostenere l'esame in lingua inglese
Disponibilità di supporto didattico in lingua inglese
schedaincarico v. 1.6.5 / 1.6.5
Area Servizi ICT
11/08/2020