Corso di: DIAGNOSTICA DEI SISTEMI MECCANICI L

LAUREA TRIENNALE IN INGEGNERIA MECCANICA
SCELTA GUIDATA “AFFIDABILITA’ E QUALITA’”
Il Percorso “affidabilità e qualità” ha come obiettivo quello di fornire gli strumenti necessari per
l'analisi dell'affidabilità ed il controllo della qualità di componenti meccanici ed intere macchine e
per la diagnosi delle anomalie e delle rotture. Nell'ambito dei corsi caratterizzanti agli allievi sono
insegnate le nozioni teoriche e le capacità per lo svolgimento di mansioni in questo campo.
Comprende i Corsi:
− Diagnostica dei sistemi meccanici L (5 Crediti)
− Diagnostica strutturale L (4 Crediti) + Laboratorio di Diagnostica delle strutture (1
Credito)
− Affidabilità e sicurezza delle costruzioni meccaniche L (5 Crediti)
PROGRAMMI DEI CORSI
Corso di: DIAGNOSTICA DEI SISTEMI MECCANICI L
Corsi di Laurea in Ingegneria Meccanica
(docente: Prof. Alberto Maggiore)
Scopo del corso:
Fornire allo studente le capacità di analisi dei segnali vibratori rilevati sulle macchine al fine di
eseguire una manutenzione di tipo predittivo.
PROGRAMMA
LA MANUTENZIONE
IL DANNEGGIAMENTO
LE POLITICHE DI MANUTENZIONE
Manutenzione a rottura
Manutenzione preventiva
Manutenzione predittiva
RICHIAMI SULLE VIBRAZIONI DEI SISTEMI A PIU’ GRADI DI LIBERTA’
MODELLI A PARAMETRI CONCENTRATI
VIBRAZIONI LIBERE NON SMORZATE
ORTOGONALITA’ DEGLI AUTOVETTORI
DISACCOPPIAMENTO DELLE EQUAZIONI DEL MOTO
ELEMENTI DI ANALISI DEI DATI
LA SERIE DI FOURIER
LA TRASFORMATA DI FOURIER
1
DATI DETERMINISTICI E DATI CASUALI
CLASSIFICAZIONE DEI DATI DETERMINISTICI
CLASSIFICAZIONE DEI DATI CASUALI
Dati casuali stazionari
Dati casuali ergodici
Dati casuali non stazionari
Registrazioni campione stazionarie
SISTEMI FISICI LINEARI
Sistemi lineari a parametri costanti
Caratteristiche dinamiche fondamentali
Funzioni risposta in frequenza
ELEMENTI DI TEORIA DELLA PROBABILITA'
CORRELAZIONE
AUTOCORRELAZIONE
CORRELAZIONE INCROCIATA
POTENZA
DENSITA' SPETTRALE
ACQUISIZIONE ED ELABORAZIONE DEI DATI
ACQUISIZIONE DEI DATI
REGISTRAZIONE DEI DATI
PREPARAZIONE DEI DATI
ANALISI DEI DATI DIGITALIZZATI
TECNICHE DI ANALISI ADDIZIONALI
TRASDUTTORI DI VIBRAZIONE
TRASDUTTORI PASSIVI
TRASDUTTORI ATTIVI
DIAGNOSTICA
CUSCINETTI VOLVENTI
CUSCINETTI A STRISCIAMENTO
SQUILIBRIO DEI ROTORI
INGRANAGGI
SISTEMI ROTORE - STATORE
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Corso di: DIAGNOSTICA STRUTTURALE L
Docente: Prof. Vincenzo Dal Re
Scopo del corso
Completare il quadro dei possibili meccanismi di rottura dei materiali, introdurre le metodologie di
misura delle sollecitazioni e di controllo non distruttivo dell’integrità dei pezzi, far comprendere le
modalità di rottura dall’esame delle superfici di frattura.
PROGRAMMA
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RICHIAMI SUL COMPORTAMENTO STATICO DEI MATERIALI: Comportamento in
campo elastico, comportamento in campo plastico. Prove meccaniche.
FATICA A BASSO NUMERO DI CICLI (a deformazione imposta): simulazione del
comportamento del materiale in campo elasto-plastico: effetto Bauschinger, addolcimento e
incrudimento ciclico, curva ciclica, curva di isteresi
MECCANICA DELLA FRATTURA LINEARE ELASTICA: modi di frattura, Metodi
energetici (Criterio di Griffith), stato piano di tensione e stato piano di deformazione, il
fattore di intensificazione delle tensioni, effetto di modeste plasticizzazioni all’apice del
difetto, la zona plastica, metodi di misura della tenacità a frattura, fattori che influenzano la
tenacità a frattura.
PROPAGAZIONE A FATICA DEL DIFETTO: Equazione di Paris.
MISURE SPERIMENTALI DELLE TENSIONI: Estensimetri elettrici.
I CONTROLLI NON DISTRUTTIVI: I principali difetti costruttivi nei materiali (da
fonderia, da trattamenti termici, da saldatura). Tecniche di controllo non distruttivo: liquidi
penetranti, ultrasuoni, magnetoscopia, correnti parassite, radiografia, emissioni acustiche.
DIAGNOSI DELLE ROTTURE
Corso di: LABORATORIO
STRUTTURE L
DI
DIAGNOSTICA
DELLE
Docente: Prof. Vincenzo Dal Re
PROGRAMMA
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APPLICAZIONE DELL’ESTENSIMETRIA ELETTRICA: Esercitazione pratica in
laboratorio
APPLICAZIONE DEI LIQUIDI PENETRANTI: Esercitazione pratica in laboratorio
APPLICAZIONE DELLA MAGNETOSCOPIA: Esercitazione pratica in laboratorio
APPLICAZIONE DEGLI ULTRASUONI: Esercitazione pratica in laboratorio
APPLICAZIONE DELLE EMISSIONI ACUSTICHE: Esercitazione pratica in laboratorio
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Corso di: AFFIDABILITA’ E SICUREZZA DELLE COSTRUZIONI
MECCANICHE L
Docente: Dott.Ing. Andrea Zucchelli
Scopo del Corso:
Fornire agli studenti le conoscenze di base per valutare l’affidabilità di un progetto e per migliorare
la qualità del processo realizzativo di un componente.
PROGRAMMA
1. L'applicazione dei concetti di qualità nelle fasi di progettazione e controllo dei sistemi di
produzione (la funzione perdita, il progetto di sistema, l'individuazione dei parametri fondamentali
di progetto, la scelta delle tolleranze di progetto).
2. Il ruolo dei metodi statistici nella gestione dei processi di produzione.
3. I fogli di raccolta delle informazioni (definizione degli obiettivi, esempi di fogli di raccolta dati).
4. Analisi di Pareto e diagramma causa-effetto (descrizione e costruzione di un diagramma di
Pareto, relazione fra diagramma di Pareto e diagramma causa-effetto, stesura e valutazione di alcuni
esempi).
5. Istogrammi e diagrammi di correlazione (costruzione di un istogramma, interpretazione degli
istogrammi, parametri fondamentali per rappresentare le caratteristiche di distribuzione, differenti
tipi di distribuzione, costruzione ed interpretazione dei diagrammi di correlazione, calcolo dei
coefficienti di correlazione e stima della retta di regressione).
6. Metodi per il controllo ed il miglioramento di un processo (la teoria del campionamento, diversi
tipi di carte di controllo, la costruzione delle carte di controllo, l'interpretazione delle carte di
controllo, la formazione dei sottogruppi, il controllo di un processo utilizzando le carte di controllo,
esempi di carte di controllo).
7. Introduzione all'inferenza statistica (distribuzione di parametri statistici, verifica di ipotesi, stima
e significatività dei parametri utilizzati).
8. Applicazione nel settore meccanico della norma UNI-EN 29002 relativa all'organizzazione di un
sistema di Garanzia di Qualità delle aziende (documentazione del sistema qualità e responsabilità
operative, il manuale di garanzia di qualità e le procedure applicative).
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SCELTA GUIDATA “MACCHINE E AUTOMAZIONE IMPIANTI”
Il Percorso “macchine e automazione impianti” ha come obiettivo quello di fornire agli allievi le
conoscenze fondamentali nella strumentazione e le modalità necessarie per condurre le prove di
collaudo tradizionali delle più comuni macchine motrici ed operatrici meccaniche. Sono presentate
successivamente le problematiche e i dispositivi riguardanti il campionamento di segnali durante la
sperimentazione sulle macchine, per permettere all'allievo di progettare correttamente una
campagna di acquisizione dati. Comprende i Corsi:
− Misure meccaniche e termiche L (4 Crediti)+ Laboratorio di Misure meccaniche e
termiche (1 Credito)
− Strumentazione e automazione industriale L (5 Crediti)
− Sperimentazione sulle macchine L (5 Crediti)
− Controlli automatici L (9 Crediti)
Corso di: MISURE MECCANICHE E TERMICHE L
(Docente: Prof. Piero Maria Azzoni)
Scopo del Corso:
Fornire agli allievi le basi per l'esecuzione e la corretta interpretazione delle misure nel campo
dell'ing. Meccanica. Si presentano le caratteristiche dei principali strumenti di misura. Il corso è
corredato da una serie di esperienze pratiche in laboratorio.
PROGRAMMA
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Corso di: STRUMENTAZIONE E AUTOMAZIONE INDUSTRIALE
L
Docente: Prof. Cesare Saccani
Scopo del Corso:
Fornire le conoscenze per l’automazione e la strumentazione degli impianti meccanici, partendo dai
quadri elettromeccanici fino ai moderni sistemi per la regolazione ed il controllo degli impianti
stessi. Vengono, inoltre, illustrati i più importanti dispositivi per le misure che più frequentemente
si incontrano in ambito industriale.
Programma
L’Insegnamento si propone di fornire la conoscenza ed i criteri per il corretto impiego di strumenti,
metodi ed apparecchiature di misura applicati ai processi industriali.
Si studiano dapprima i criteri generali per l’impiego di singoli strumenti e per la realizzazione di
catene di misura. Vengono, quindi, mostrate le principali modalità di regolazione, indirizzando ad
una scelta corretta in relazione al tipo di processo ed all’impianto considerato.
Viene analizzata la strumentazione di uso più frequente nell’industria e le tecniche per la
trasmissione a distanza, la registrazione delle misure e la gestione dei dati di processo.
Si illustrano metodi ed apparecchiature di misura industriali di diverse grandezze fisiche a
completamento ed approfondimento delle nozioni acquisite nell’insegnamento di Misure
Meccaniche.
Vengono infine considerate le apparecchiature e i metodi più idonei per la strumentazione degli
impianti meccanici di uso più frequente nell'industria, quali:
-
impianto per aria compressa,
impianto frigorifero,
impianto per l'estrazione di acqua da pozzo con serbatoio di compenso,
autoclave,
linea di combustione aria metano,
impianti di allarme,
oltre ad alcuni impianti sperimentali di tipo industriale e da laboratorio.
L’esame è scritto e orale.
Bibliografia:
Dispense di strumentazione e automazione industriale.
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Corso di: SPERIMENTAZIONE SULLE MACCHINE L
(docente: Prof. Bianchi Gian Marco)
Scopo del Corso:
Fornire agli allievi gli strumenti di base necessari per la comprensione della strumentazione per
l'acquisizione dati e la progettazione corretta della campagna di acquisizione.
PROGRAMMA
1. Misure di pressione: Metodi di Misura, Manometro a tubo di Bourdon, Manometro a
membrana, Manometri differenziali, Trasduttori piezoelettrici di pressione, Trasduttori di pressione
ad estensimetri, Trasduttori piezoresistivi di pressione, Manometri a dislivello di liquido,
Manometro di Mc Leod, Analisi della dinamica del collegamento fra il trasduttore di pressione e
l’ambiente in pressione, Tecnica di misura della pressione nei cilindri dei motori.
2. Misure di Forza: Metodi di misura, Misure statiche e dinamiche, Bilancia, Pendolo,
Accelerometri, Celle di carico pneumatiche e idrauliche, Trasduttori di forza a deformazione
elastica, Trasduttori piezoelettrici,Trasduttori di forza,
3. Misure di Coppia. Torsiometri meccanici, Torsiometri estensimetrici
4. Misure di Potenza. Metodi di Misura e problematiche. Freni Idraulici, Freni a Correnti
Parassite.
5. Misura della concentrazione delle emissioni dei motori endotermici alternativi. Strumenti
per la misura di CO, CO2, HC, particolato, O2 ed NOx.
6. Caratterizzazione di un Motore in cella.
7. Cenni sulle tecniche di indagine al laser per la caratterizzazione fluidodinamica di un motore
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Corso di: CONTROLLI AUTOMATICI L
(Docente: Prof. Gianni Bertoni)
Scopo del Corso:
Il corso si propone di fornire i principi fondamentali di funzionamento dei controlli automatici in
catena aperta ed in catena chiusa; modalità di utilizzo dei principali componenti (attuatori e sensori)
nelle catene di controllo; modalità di elaborazione dei dati per la determinazione delle strategie di
controllo.
PROGRAMMA
1 - Generalità:
- Cenni storici. Che cos'è l'automazione
- Esempi di controlli automatici. Manipolazione materiale e manipolazione simbolica
- Richiami di informatica: dispositivi di calcolo e loro uso nell'automazione.
2 - Modelli matematici:
- Tecniche di identificazione. Modelli matematici dei sistemi lineari e stazionari
- Equazioni (e sistemi di equazioni) differenziali; funzione di trasferimento funzione di risposta
impulsiva.
3 - Analisi nel dominio dei tempi:
- Stabilità, controllabilità e osservabilità
- Errori a regime
- Insensibilità ai disturbi ed alle variazioni dei parametri.
4 - Sintesi nel dominio dei tempi:
- Sistemi del primo e del secondo ordine
- Osservatori dello stato
- Assegnamento dei poli per sistemi ad un ingresso e ad una uscita (luogo delle radici).
- Regolatori standard.
5 - La funzione di risposta armonica:
- Definizione e sue rappresentazioni: diagrammi polari, diagrammi di Bode.
- La formula di Bode.
6 - Analisi armonica:
- Criteri di stabilità. Margini di ampiezza e di fase.
- Luoghi a M e a N costante, picco di risonanza e larghezza di banda.
7 - Sintesi nel dominio delle frequenze:
- Reti correttrici di tipo anticipo, ritardo, anticipo-ritardo.
8 - Componenti dei sistemi di controllo:
- Motori elettrici in c.c. a collettore
9 - Applicazioni dei regolatori:
- Autopiloti
- Controllo d'assetto dei satelliti.
Esercitazioni: sono inserite nello svolgimento della parte teorica cui si riferiscono.
Esame: prova orale.
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SCELTA GUIDATA “MATERIALI E LAVORAZIONI”
Il Percorso “materiali e lavorazioni” ha come obiettivo quello di fornire agli allievi conoscenze
più approfondite sulle caratteristiche strutturali e funzionali e sulle lavorazioni dei materiali
metallici, tradizionali e non, e dei materiali compositi.
Comprende i Corsi :
− Scienza dei metalli L (5 Crediti)
− Tecnologie delle costruzioni aerospaziali L (5 Crediti)
Corso di: SCIENZA DEI METALLI L
(docente: Prof. Lorella Ceschini)
Scopo del Corso:
Acquisizione delle conoscenze di base di metallurgia e metallografia necessarie per la
caratterizzazione microstrutturale e meccanica dei materiali metallici strutturali. L’obiettivo è
quello di fornire criteri di scelta e controllo dei suddetti materiali, in relazione alle condizioni di
esercizio per la progettazione di componenti affidabili.
Programma del Corso
Solidificazione dei metalli e delle leghe. Strutture e difetti di solidificazione. Controllo delle
strutture di solidificazione. Cenni ai metodi innovativi di fonderia per il controllo delle strutture di
solidificazione nelle leghe di alluminio.
Struttura cristallina dei metalli; principali tipi di reticolo cristallino. Difetti reticolari nei metalli:
puntiformi (vacanze) e di linea (dislocazioni).
Fenomeni correlati alla presenza dei difetti reticolari: meccanismi di diffusione allo stato solido e
fenomenologia della deformazione plastica.
Metodi per incrementare le proprietà meccaniche: meccanismi di rinforzo (per incrudimento,
alligazione, affinamento del grano, precipitazione).
Fasi e costituenti del diagramma Fe-C.
Trattamenti termici: punti critici, influenza della velocità di raffreddamento, curve isoterme e
anisoterme, principali strutture degli acciai.
Trattamenti termici di interesse applicativo: ricottura, normalizzazione, tempra, ricottura di
addolcimento, rinvenimento. Tempra di soluzione delle leghe di alluminio. Trattamenti
termochimici di diffusione: cementazione e nitrurazione.
Prove meccaniche sui materiali metallici: trazione, durezza, resilienza, fatica, creep. Superplasticità.
Studio delle morfologie di frattura nei materiali metallici.
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Cenni alle problematiche di attrito e usura dei materiali metallici. Metodi di lubrificazione solida in
ambiente spaziale.
Materiali metallici di interesse aeronautico: acciai, leghe di Al, leghe di Ti, superleghe, compositi a
matrice metallica.
Contenuto delle esercitazioni
Esercizi inerenti la scienza dei metalli. Preparazione metallografica. Analisi metallografiche al
microscopio ottico ed elettronico a scansione. Analisi di superfici di frattura. Esecuzione di alcune
prove meccaniche
Testi consigliati:
Dispense e appunti del corso.
W. Nicodemi “Metallurgia- Principi generali”, Zanichelli.
D. Askeland “The Science and Engineering of Materials”, Chapman & Hall
G.M. Paolucci “Appunti dalle lezioni di Metallurgia” Vol.1-2-3
Esame: prova orale.
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TECNOLOGIE DELLE COSTRUZIONI AEROSPAZIALI L
(Docente: Prof. Gerardus Janszen)
Scopo del Corso:
Il corso si prefigge di fornire allo studente, partendo da nozioni già acquisite nel campo del
comportamento dei materiali, le basi per comprendere il comportamento strutturale dei velivoli,
quali siano i materiali utilizzati e come siano fabbricate ed assemblate le varie parti che lo
compongono.
PROGRAMMA
1) Problematiche generali. Evoluzione dei requisiti, dei materiali e delle tecnologie.
Efficienza strutturale e ottimizzazione ponderale. Criteri e indici di merito per la scelta dei
materiali e delle tecnologie.
2) I materiali metallici. Struttura e deformazione dei solidi poli-cristallini. Legge costitutiva
elasto-plastica. Leghe di alluminio, magnesio, titanio e acciai.
3) Materiali polimerici ed elastomerici. Leggi costitutive visco-elastica ed iper-elastica.
Strutture, peculiarità ed applicazioni. Tecnologie.
4) Materiali compositi. Legge costitutiva elastica ortotropa. Teoria della laminazione. Materiali
convenzionali a matrice polimerica: rinforzi continui e discontinui, matrici, schiume e
riempitivi. Materiali compositi innovativi: a matrice metallica ed a matrice polimerica.
Tecnologie convenzionali: formatura in autoclave, avvolgimento, pultrusione e termoformatura. Tecnologie di lavorazione: laser e water-jet.
5) Metodi di collegamento convenzionali: chiodatura, saldatura, incollaggio.
6) Produzione: organizzazione. Tecniche di controllo non-distruttivo, manutenzione,
riparazione. Problematiche di qualitá.
Testi/Bibliografia
Dispense del Corso
Copie dei trasparenti proiettati durante il corso
Marchetti, Felli: "Tecnologie Aeronautiche", Editrice ESA, Roma
Marchetti, Cutolo: "Tecnologie dei Materiali Compositi", Editrice ESA, Roma
Locati: "Corso di Tecnologie Aeronautiche", Levrotto & Bella, Torino
Crivelli Visconti: "Materiali Compositi, Tecnologie e Progettazione", Tamburini Editore, Milano
Altri testi consigliati di volta in volta
Esame: prova orale.
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