Guida degli insegnamenti
Syllabus
Partially translatedTradotto parzialmente
Marco SASSO
Lingua di erogazione: INGLESELessons taught in: ENGLISH
Laurea Magistrale - [IM15] GREEN INDUSTRIAL ENGINEERING Master Degree (2 years) - [IM15] GREEN INDUSTRIAL ENGINEERING
Dipartimento: [040004] Dipartimento Ingegneria Industriale e Scienze MatematicheDepartment: [040004] Dipartimento Ingegneria Industriale e Scienze Matematiche
Anno di corsoDegree programme year : 2 - Primo Semestre
Anno offertaAcademic year: 2023-2024
Anno regolamentoAnno regolamento: 2022-2023
Crediti: 6
Ore di lezioneTeaching hours: 48
TipologiaType: D - A scelta dello studente
Settore disciplinareAcademic discipline: ING-IND/14 - PROGETTAZIONE MECCANICA E COSTRUZIONE DI MACCHINE
Inglese
English
Concetti base di fisica come applicazione di forze e momenti. Concetti base della meccanica dei materiali come tensione e deformazione.
Basic concepts of physics as the application of forces and moments. Basic concepts of material mechanics such as stress and strain.
Il corso consiste in 48 ore di lezione così suddivise:
• 28 lezioni di teoria
• 20 di esercitazione
The course consists of 48 hours of class lectures, divided as the following:
• 28 hours of theory
• 20 hours of exercises
Il corso permette agli studenti di acquisire conoscenze di base sul metodo degli elementi finiti e il suo uso nell’ingegneria, con particolare riferimento ad applicazioni relative alla “green economy” come la progettazione di impianti alimentati da fonti rinnovabili o la riduzione di peso negli autoveicoli. Tali conoscenze, integrando le nozioni acquisite in altri insegnamenti come progettazione strutturale di impianti per l’energia, 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 appropriatamente metodi di modellazione basati sull’analisi numerica al fine di simulare meglio applicazioni di interesse per un ingegnere energetico.
Capacità di applicare conoscenze e comprensione.
Al termine del corso, grazie anche a numerosi casi studio esaminati in classe ed esercitazioni svolte in gruppo, lo studente sarà in grado di realizzare modelli agli elementi finiti su applicazioni di interesse energetico. In particolare tale capacità si estrinsecherà attraverso una serie di abilità professionalizzanti, quali:
• la capacità di comprendere come il componente studiato e il comportamento del materiale possano essere modellati numericamente;
• la capacità di identificare se il problema possa essere opportunamente semplificato o suddiviso in problemi più facili da trattare;
• la capacità di assegnare le giuste condizioni di vincolo e di carico e di interpretare in modo corretto i risultati di un’analisi agli elementi finiti.
Competenze trasversali.
Agli studenti verrà richiesto di risolvere tramite analisi agli elementi finiti alcune problematiche prese da applicazioni di interesse energetico e legate alla “green economy”. Le problematiche saranno risolte singolarmente o in piccoli gruppi dagli studenti che dovranno al termine presentare una relazione tecnica che verrà discussa in aula. Questo contribuirà a migliorare sia il grado di autonomia nella scelta di soluzioni e nel trarre conclusioni, sia la capacità di risolvere problemi, sia la capacità di comunicare i propri risultati e discutere di temi ingegneristici con colleghi di pari o superiore esperienza.
Knowledge and Understanding.
The course allows students to acquire basic knowledge on the finite element method and its use in engineering, focusing to applications related to the "green economy" such as the design of plants powered by renewable sources or the weight reduction in vehicles. This knowledge, integrating the notions acquired in other courses, will enrich the student's ability to understand and identify problems and formulate solutions. Furthermore, the acquired knowledge will allow the student to appropriately choose and apply numerical methods to simulate applications of interest for an energy engineer.
Capacity to apply Knowledge and Understanding.
At the end of the course, thanks to several case studies examined in class and exercises carried out in groups, the student will be able to create finite element models of applications of energy interest. In particular, this ability will be expressed through a series of professional skills, such as:
• the ability to understand how the studied component and the behavior of the material can be modeled numerically;
• the ability to identify whether the problem can be suitably simplified or divided into easier tasks
• the ability to assign the right constraints and load conditions and to correctly interpret the results of a finite element analysis.
Transversal Skills.
Students will be asked to solve through finite element analysis some problems taken from applications of energy interest and linked to the "green economy". The problems will be solved individually or in small groups by the students who will have to present a technical report at the end, which will be discussed in the classroom. This will help improve both the degree of autonomy in choosing solutions and drawing conclusions, as well as the ability to solve problems, and the ability to communicate technical results and discuss engineering topics with colleagues of equal or greater experience.
1. Introduzione al metodo agli elementi finiti, a cosa serve, software che si possono utilizzare
2. Cenni alla formulazione teorica del metodo, funzioni di forma e matrice di rigidezza
3. Tipologie di elementi: elementi piani, assialsimmetrici, solidi, elementi shell
4. Problemi non lineari: non linearità geometrica, di materiale e di contatto, metodi risolutivi iterativi
5. Modelli costitutivi e definizione dei parametri del materiale
6. Vincoli e condizioni al contorno
7. Problemi di trasmissione del calore
8. Cenni a problemi multifisici: accoppiamento debole e forte; caso termo-meccanico e fluido-struttura
9. Casi di studio: durante il corso saranno presentati e discussi casi di studio per mostrare l’applicazione degli elementi finiti a problemi reali. Alcuni esempi di applicazioni che potrebbero essere scelte sono: turbine eoliche, storage termici e/o meccanici, test su batterie, componenti realizzati con materiali ecosostenibili, ecc.
1. Introduction to the finite element method, what it is about, software that can be used.
2. Outline of the theoretical formulation of the method, shape functions and stiffness matrix.
3. Types of elements: plane, axisymmetric, solid, shell elements.
4. Non-linear problems: large deformation, material and contact non-linearity, iterative solving methods.
5. Constitutive models and definition of material parameters.
6. Constraints and boundary conditions.
7. Heat transfer.
8. Outline of multi-physical problems: weak and strong coupling; thermo-mechanical and fluid-structure cases.
9. Case studies: during the course case studies will be presented and discussed to show the application of finite elements to real problems. Some examples of applications that could be chosen are wind turbines, thermal and/or mechanical storages, tests on batteries, components made with eco-sustainable materials, etc.
L'esame consiste in una prova orale che può essere divisa in due parti, una domanda di teoria sugli argomenti trattati durante il corso e la valutazione di una breve relazione tecnica che descriva la risoluzione di un problema, preso da applicazioni di interesse energetico, attraverso l’analisi agli elementi finiti con un codice commerciale. La relazione tecnica può essere svolta singolarmente o in gruppi ristretti di massimo tre persone, al momento dell’esame, comunque, lo studente dovrà presentare singolarmente il lavoro svolto.
Criteri di valutazione dell'apprendimento.
Lo studente dovrà dimostrare di aver compreso il metodo agli elementi finiti e acquisito la capacità di realizzare modelli 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 possa 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.
Criteri di misurazione dell'apprendimento.
Il voto sarà assegnato in trentesimi, con possibilità di lode. La votazione minima per passare l’esame è 18/30.
Criteri di attribuzione del voto finale.
Il criterio di attribuzione del voto finale è basato sulla valutazione della prova orale. In particolare, sarà preso in considerazione il grado di approfondimento della materia e la sicurezza acquisita dallo studente durante l’esposizione. Durante la discussione della relazione tecnica si valuterà la capacità di applicare opportunamente la teoria studiata a casi reali.
Learning Evaluation Methods.
The exam consists of an oral test that can be divided into two parts, a theory question on the topics covered during the course and the evaluation of a short technical report describing the resolution of a problem, taken from applications of energy interest, through finite element analysis with a commercial code. The technical report can be carried out individually or in small groups of up to three people but, during the exam, each student must present the work done individually.
Learning Evaluation Criteria.
The student will have to demonstrate that he has understood the finite element method and acquired the ability to create numerical models of mechanical components or simple assemblies. The evaluation will therefore depend on the student's ability to 1) understand how the component can be modeled numerically, 2) identify if the problem can be suitably simplified or subdivided into easier tasks, 3) assign the right constraints and load conditions and correctly interpret the results shown by the analysis.
Learning Measurement Criteria.
The final vote will be assigned with a score in the scale of 30, with the opportunity to award “cum laude” for the best students. The minimum vote to pass the exam is 18/30. a vote ranging between 0-30
Final Mark Allocation Criteria.
The criterion for assigning the final grade is based on the evaluation of the oral exam. In particular, the student will be evaluated on the acquired knowledge and on the confidence shown during the exam. During the presentation of the report, the student's ability to apply the theory to real cases will be also evaluated.
Belingardi, "Il Metodo degli Elementi
Finiti nella Progettazione Meccanica”, Levrotto&BellaG, ISBN:978-8882180898.
O.C. Zienkiewicz,
“The Finite Element Method”, McGraw-Hill, ISBN: 0070840725.
A. Gugliotta, "Elementi Finiti", Otto Editore, 2002, ISBN: 8887503451
Lessons notes:
https://learn.univpm.it
Appunti delle lezioni (https://learn.univpm.it)
Belingardi, "Il Metodo degli Elementi
Finiti nella Progettazione Meccanica”, Levrotto&BellaG, ISBN:978-8882180898.
O.C. Zienkiewicz,
“The Finite Element Method”, McGraw-Hill, ISBN: 0070840725.
A. Gugliotta, "Elementi Finiti", Otto Editore, 2002, ISBN: 8887503451
Lessons notes:
https://learn.univpm.it
Slides of the lectures (https://learn.univpm.it)
Le informazioni contenute nella presente scheda assumono carattere definitivo solo a partire dall'A.A. di effettiva erogazione dell'insegnamento. Academic year 2023-2024
Università Politecnica delle Marche
P.zza Roma 22, 60121 Ancona
Tel (+39) 071.220.1, Fax (+39) 071.220.2324
P.I. 00382520427