Guida degli insegnamenti

Syllabus

Partially translatedTradotto parzialmente
[W001534] - ANALISI AGLI ELEMENTI FINITIANALISI AGLI ELEMENTI FINITI
Marco SASSO
Lingua di erogazione: ITALIANOLessons taught in: ITALIAN
Laurea Magistrale - [IM09] INGEGNERIA MECCANICA Master Degree (2 years) - [IM09] MECHANICAL ENGINEERING
Anno di corsoDegree programme year : 1 - Secondo Semestre
Anno offertaAcademic year: 2020-2021
Anno regolamentoAnno regolamento: 2020-2021
Crediti: 9
Ore di lezioneTeaching hours: 72
TipologiaType: B - Caratterizzante
Settore disciplinareAcademic discipline: ING-IND/14 - PROGETTAZIONE MECCANICA E COSTRUZIONE DI MACCHINE

LINGUA INSEGNAMENTO LANGUAGE

ITALIANO

Italian


PREREQUISITI PREREQUISITES

Per la comprensione degli argomenti trattati è necessario che lo studente
abbia acquisito i principali concetti della meccanica dei materiali, della
scienza delle costruzioni e della progettazione meccanica

For the comprehension of the subject covered in the course, the student
needs to have the knowledge acquired in “machine design”, “reliability
and safety of mechanical systems” and the courses on mechanics of
solids and materials that are preparatory


MODALITÀ DI SVOLGIMENTO DEL CORSO DEVELOPMENT OF THE COURSE

Il corso, della durata di 72 ore, è suddiviso in:
Lezioni teoriche, 42 ore
Esercizi, 30 ore

The course, which lasts 72 hours, is divided into:
Theoretical lessons, 42 hours
Exercises, 30 hours


RISULTATI DI APPRENDIMENTO ATTESI LEARNING OUTCOMES
Conoscenze e comprensione.

L’insegnamento permette agli studenti di acquisire conoscenze di base ed avanzate sul metodo degli elementi finiti, il suo utilizzo nella
progettazione meccanica e, in generale, in problemi di interesse
ingegneristico. Tali conoscenze, integrando le nozioni acquisite negli
insegnamenti di costruzione di macchine, progettazione meccanica,
affidabilità e sicurezza delle costruzioni meccaniche e dei corsi che ne sono propedeutici, costituiranno degli approfondimenti che andranno ad arricchire la capacità dello studente nella comprensione e identificazione di problemi e nella formulazione di soluzioni. Inoltre, le conoscenze acquisite permetteranno allo studente di scegliere e applicare appropriate metodi di modellazione basati sull’analisi numerica al fine di simulare al meglio il comportamento di componenti e processi tecnologici, così da predirne e migliorarne le prestazioni.


Capacità di applicare conoscenze e comprensione.

Al fine di affrontare tematiche progettuali avanzate, anche di notevole complessità, e curare l'innovazione e lo sviluppo di nuovi prodotti attraverso l’applicazione delle conoscenze, lo studente dovrà dimostrare di aver acquisito la capacità di realizzare modelli agli elementi finiti di componenti meccanici o semplici assiemi. Tale capacità si estrinsecherà attraverso una serie di abilità professionalizzanti, quali: 1. la capacità di comprendere come il componente ed il comportamento del material possano essere modellati numericamente; 2. la capacità di identificare se il problema può essere opportunamente semplificato o suddiviso in problemi più facili da trattare; 3. la capacità di assegnare le giuste condizioni di vincolo e di carico e di interpretare in modo corretto i risultati mostrati dall’analisi agli elementi finite.


Competenze trasversali.

Agli studenti verrà richiesto ri risolvere tramite analisi agli elementi finiti una problematica presa da applicazioni di interesse industrial. L’attività sarà svolta singolarmente dallo studente e porterà alla stesura di una relazione o di un progetto finale, che verrà però discusso in aula, e poi presentato in sede di esame. Questo contribuirà a migliorare sia il grado di autonomia nella scelta di soluzioni e nel trarre conclusioni, sia la capacità di comunicare e analizzare temi ingegneristici in gruppo


Knowledge and Understanding.

The course aims to give students basic and advanced knowledge on the finite element method, about its use in mechanical design and, in general, in all problems of engineering interest. The course will integrate the knowledge acquired in “machine design”, “reliability and safety of
mechanical systems” and the courses that are preparatory. The course will enrich the student's ability in understanding and identifying problems
and, accordingly, in formulation of solutions. In addition, the knowledge acquired will allow the student to select and apply methods of modeling based on the numerical analysis in order to simulate the behavior of
mechanical components and technological processes, and improve their performance.


Capacity to apply Knowledge and Understanding.

In order to address advanced design themes, even of considerable complexity, and treat the innovation and development of new products
through the application of knowledge, students must demonstrate that they acquired the ability of creating finite element models of mechanical
components or simple assemblies. This ability will be assessed through a number of vocational skills, such as: 1. the ability of understanding how
the component and the material behavior can be modeled numerically; 2. the ability of identifying whether the problem can be properly simplified or divided into more basic problems; 3. the ability of assigning the correct boundary
conditions and loading, and interpreting properly the results of finite element analyses.


Transversal Skills.

Students will be asked to solve, through finite element analysis, a problem taken from applications of industrial interest. The activity will be carried out individually by the student and will lead to the preparation of a report or a final project, which will however be discussed in the classroom, and then presented during the examination. This will contribute to improving both the degree of autonomy in the choice of solutions and in drawing conclusions, and the ability to communicate and analyze engineering problems in a team.



PROGRAMMA PROGRAM

· Analisi matriciale delle strutture, matrice di rigidezza della trace, assemblaggio matrice di rigidezza di una struttura
· Formulazione generale del metodo agli elementi finiti per il continuo meccanico
· Funzioni di forma e derivazione della matrice di rigidezza tramite PLV
· Metodi risolutivi di problemi meccanici; metodi di riduzione
· Rassegna di elementi finiti: elementi piani, assialsimmetrici, e solidi; elementi trave, asta e shell
· Formulazione isoparametrica e integrazione di Gauss
· Problemi non lineari: non linearità geometrica, di materiale e contatto; metodi risolutivi iterativi; problema della stabilità iniziale
· Problemi dinamici: derivazione delle matrici di massa e smorzamento, analisi modale agli autovalori, analisi forzate armoniche monofase e multifase, metodi full e mode superposition
· Analisi transienti, solutori impliciti ed espliciti
· Problemi di trasmissione del calore
· Cenni su problemi di elettromagnetismo
· Problemi con trasporto di massa, caso dello stampaggio ad iniezione
· Problemi multi-fisici: accoppiamento debole e forte; caso termo-meccanico, termo-elettrico, interazione fluido-struttura
· Esempi pratici di utilizzo di codici FEM Ansys APDL e WorkBench, Moldex3d

- Matrix structural analysis, beam stiffness matrix, stiffness matrix assembly of a structure
- General formulation of the finite element method for the mechanical continuum
· Shape functions and derivation of the stiffness matrix through PLV
· Methods for solving mechanical problems; reduction methods
· Review of finite elements: plane, axisymmetric, and solid elements; beam, rod and shell elements
- Isoparametric formulation and Gauss integration
· Nonlinear problems: geometric, material and contact nonlinearity; iterative resolution methods; initial stability problem
- Dynamic problems: derivation of mass and damping matrices, eigenvalue modal analysis, single-phase and multi-phase harmonic forced analysis, full and mode superposition methods
· Transient analysis, implicit and explicit solvers
- Heat transfer problems
- Notes on electromagnetism problems
· Problems with mass transport, case of injection molding
- Multi-physical problems: weak and strong coupling; thermo-mechanical, thermo-electric case, fluid-structure interaction
- Practical examples of the use of FEM codes: Ansys APDL and WorkBench codes, Moldex3d


MODALITÀ DI SVOLGIMENTO DELL'ESAME DEVELOPMENT OF THE EXAMINATION
Modalità di valutazione dell'apprendimento.

La valutazione del livello di apprendimento degli studenti consiste in due
prove: - la discussione orale su uno o più temi trattati nel corso; - la
presentazione di una relazione (tesina) che descriva la risoluzione di un
problema preso da applicazioni di interesse industriale tramite l'analisi
agli elementi finiti con un codice commerciale. La relazione deve essere
svolta singolarmente da ogni studente, non sono ammessi lavori di
gruppo. Le due prove possono essere sostenute indipendentemente e, in
caso di esito negativo di una prova, lo studente può ripetere soltanto la
prova non superata, mantenendo il risultato raggiunto nell'altra.


Criteri di valutazione dell'apprendimento.

Lo studente dovrà dimostrare di aver compreso il metodo agli elementi
finiti e acquisito la capacità di realizzare modelli agli elementi finiti di
componenti meccanici o semplici assiemi. La valutazione quindi
dipenderà dalla capacità dello studente di: 1. comprendere come il
componente possa essere modellato numericamente; 2. identificare se il
problema può essere opportunamente semplificato o suddiviso in
problemi più facili da trattare; 3. assegnare le giuste condizioni di vincolo
e di carico e di interpretare in modo corretto i risultati mostrati dall’analisi
agli elementi finiti.


Criteri di misurazione dell'apprendimento.

La misurazione dell'apprendimanto sarà effettuata sulla base delle prove
effettuate, in base al grado di approfondimento e sicurezza acquisita
dallo studente


Criteri di attribuzione del voto finale.

Viene attribuito un voto in trentesimi, con eventuale lode.


Learning Evaluation Methods.

two tests will be used: - oral examination on the theoretical topics
explained during the course - the discussion of a report where the
student explain how to solve a complex engineering problem using the
finite element method. The project will be carried out individually and will
lead to the drafting of a report


Learning Evaluation Criteria.

The student will be evaluated according to his comprehension of the
Finite Element Method and his ability of apply it to complex problem
using a commercial software. Therfore, the ability will be assessed
through a number of vocational skills, such as: 1. the ability of
understanding how the component can be modeled numerically; 2. the
ability of identifying whether the problem can be properly simplified or
divided into more basic problems; 3. the ability of assigning the correct
boundary conditions and loading, and interpreting properly the results of
finite element analyses


Learning Measurement Criteria.

The learning measurement will be done on the basis of the confidence
and the understanding shonw by the student during the exam


Final Mark Allocation Criteria.

A thirty-points scale is used for grading, eventually with laude



TESTI CONSIGLIATI RECOMMENDED READING

Belingardi, "Il Metodo degli Elementi
Finiti nella Progettazione Meccanica”, Levrotto&BellaG. O.C. Zienkiewicz,
“The Finite Element Method”, McGraw-Hill. A. Gugliotta, "Elementi Finiti", Otto
Editore, 2002

Dispense delle lezioni
https://learn.univpm.it

Belingardi, "Il Metodo degli Elementi
Finiti nella Progettazione Meccanica”, Levrotto&BellaG. O.C. Zienkiewicz,
“The Finite Element Method”, McGraw-Hill. A. Gugliotta, "Elementi Finiti", Otto
Editore, 2002

Lessons notes:
https://learn.univpm.it


E-LEARNING E-LEARNING

No

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Scheda insegnamento erogato nell’A.A. 2020-2021
Le informazioni contenute nella presente scheda assumono carattere definitivo solo a partire dall'A.A. di effettiva erogazione dell'insegnamento.
Academic year 2020-2021

 


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