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  COSTRUZIONE DI MACCHINE 3+4 (2 DI 2) Docente: Vincenzo Vullo
    Programma del Corso
 
Obiettivi del modulo
Si tratta del secondo modulo del corso integrato di Costruzione di Macchine 3+4 il cui insegnamento, globalmente, costituisce il proseguimento di quelli del settore scientifico disciplinare “Progettazione Meccanica e Costruzione di Macchine” impartiti nel corso di studi della laurea di primo livello in Ingegneria Meccanica e, particolarmente, del corso integrato di Costruzione di Macchine 1+2. Il modulo è volto a completare la preparazione dello studente negli argomenti tipici del settore e consente al medesimo l’acquisizione delle competenze sotto descritte.

Prerequisiti
La laurea triennale in Ingegneria Meccanica conseguita presso l’Università degli Studi di Roma “Tor Vergata” assicura il possesso dei prerequisiti necessari per una proficua frequenza del modulo; essa infatti fornisce le conoscenze di base nelle aree di Costruzione di Macchine, Meccanica Applicata alle Macchine, Scienza delle Costruzioni, Tecnologia Meccanica, Disegno Meccanico, Metallurgia e Tecnologie dei Materiali, metallici e non metallici.

Competenze attese
Conoscenze avanzate sul calcolo, progetto e verifica degli elementi di macchine e delle strutture meccaniche ove gli stati di tensione e di deformazione sono biassiali o triassiali, sollecitati sia in campo elastico sia oltre lo snervamento nonché soggetti a campi termici, mediante l’utilizzazione vuoi di metodi teorico-analitici vuoi di metodi numerici, nonché capacità di progettare e/o di verificare elementi strutturali e gruppi meccanici di interesse industriale, garantendo la loro idoneità al servizio anche in riferimento alle normative di settore.

PROGRAMMA

1. Analisi delle tensioni nei rotori

1.1 Analisi delle tensioni nei dischi sollecitati in campo lineare elastico
Generalità; teoria unidimensionale del disco sottile; equazioni di equilibrio e di congruenza; equazione differenziale generale del disco rotante soggetto a campo termico; disco di spessore costante (forato e non forato, variamente sollecitato, anche da temperatura nonché caratterizzato da variazione della massa volumica lungo il raggio); disco forato a profilo iperbolico variamente sollecitato nonché soggetto a campo di temperatura; disco di uniforme resistenza; disco a profilo conico forato e non forato, di densità costante o variabile lungo il raggio, variamente sollecitato anche da temperatura; disco di spessore variabile secondo una potenza di una funzione lineare di densità costante o variabile lungo il raggio, variamente sollecitato anche da temperatura; disco avente profilo arbitrario: metodo di Timoshenko- Grammel e metodo di Manson; disco di spessore costante e disco di spessore variabile secondo una potenza di una funzione lineare, soggetti ad accelerazioni angolari; verifiche di resistenza dei dischi rotanti e concentrazioni di tensione; normative inerenti agli organi rotanti delle macchine.

1.2 Analisi delle tensioni nei cilindri rotanti sollecitati in campo lineare elastico
Generalità ed equazioni fondamentali; solido cilindrico con estremità vincolate od illimitatamente esteso nella direzione del suo asse, soggetto a campo centrifugo ed a campo termico; solido cilindrico di lunghezza finita con estremità libere e soggetto a campo centrifugo ed a campo termico (tensioni, per effetto di bordo, alle estremità libere); solido cilindrico di lunghezza finita, pieno e con estremità libere, soggetto a transitorio termico.

1.3 Analisi delle tensioni nei dischi sollecitati oltre lo snervamento
Generalità e limiti della trattazione per materiali non incrudenti: disco forato e disco non forato, stati di tensione nella zona elastica ed in quella plastica, tensioni residue da overspeeding e velocità angolare di esplosione. Due metodi generali per materiali incrudenti: metodo di Millenson- Manson, come estensione del metodo di Manson al campo elastoplastico; metodo analitico generale. Utilizzazione progettuale della plasticizzazione e fattore di progetto limite.


2. Analisi delle tensioni nei solidi cilindrici soggetti a pressione ed a gradiente di temperatura lungo lo spessore

2.1 Solidi cilindrici a parete sottile sollecitati in campo elastico.
Generalità; solidi cilindrici soggetti a pressione interna e/o esterna: stati di tensione e di deformazione, criteri di resistenza e loro confronto, relazioni di progetto e di verifica; instabilità dei solidi cilindrici soggetti a pressione esterna, anche in presenza di errori iniziali; instabilità dei solidi cilindrici soggetti a carico assiale: instabilità globale ed instabilità locale; instabilità dei solidi cilindrici soggetti a torsione; instabilità dei solidi cilindrici soggetti a flessione; tensioni termiche da gradiente di temperatura lungo lo spessore.

2.2 Solidi cilindrici in parete spessa sollecitati in campo elastico
Generalità; solidi cilindrici soggetti a pressione interna e/o esterna: stati di tensione e di deformazione, criteri di resistenza e loro confronto, relazioni di progetto e di verifica; solidi cilindrici soggetti a gradiente di temperatura lungo lo spessore; cilindri coassiali accoppiati con interferenza e calaggio; serbatoi multistrato e loro ottimizzazione.

2.3 Solidi cilindrici in parete spessa soggetti a pressione interna e sollecitati oltre lo snervamento Equazioni differenziali generali per materiale elasto-plastico perfetto e stati di tensione nella zona plastica ed in quella elastica, tensioni residue da sovrappressione e pressione limite di resistenza; utilizzazione progettuale della plasticizzazione e fattore di progetto limite.


3. Analisi delle tensioni nelle piastre e nei gusci in parete sottile

3.1 Piastre rettangolari
Flessione pura della piastra rettangolare lunga: equazione differenziale di governo e sua integrazione (T., pp. 4-6). Flessione pura di piastre rettangolari di dimensioni finite, correlazioni tra momenti flettenti e curvatura, casi particolari di flessione pura, limiti della teoria per piccoli spostamenti e tensioni termiche in piastre con i bordi incastrati (T., pp. 33-46; T., pp. 47-50). Piastra rettangolare soggetta a carichi laterali nell’ipotesi di piccoli spostamenti (T., pp. 79-83).

3.2 Piastre circolari
Equazione differenziale delle piastre circolari assialsimmetriche, soggette a carichi laterali e sua integrazione (T:, pp. 51-54). Piastra circolare caricata uniformemente, piastra circolare caricata concentricamente, piastra circolare caricata al centro e correzione della teoria elementare per tener conto del taglio (T., pp. 54-78). Piastre circolari di spessore non uniforme: piastra di Pichler e piastra di Conway (T., pp 298-305).

3.3 Strutture a guscio
Generalità e teoria della membrana per un guscio di rivoluzione. Correlazioni tra caratteristiche della sollecitazione e caratteristiche della tensione in una struttura a guscio e tra caratteristiche della deformazione e curvatura e torsione della superficie. Gusci di rivoluzione caricati assialsimmetricamente: teoria della membrana. Vari casi di gusci di rivoluzione diversamente caricati. Cenni ai gusci di uniforme resistenza. Spostamenti e rotazioni nei gusci di rivoluzione caricati simmetricamente (T., pp. 429-447).

3.4 Teoria generale del guscio cilindrico
Richiami della teoria della trave su fondazione elastica continua e della teoria della piastra circolare su fondazione elastica continua. Guscio cilindrico a direttrice circolare caricato simmetricamente rispetto al suo asse: equazione differenziale generale e sua integrazione. Casi particolari di deformazione simmetrica di gusci cilindrici a direttrice circolare. Problemi di interazione fondo - mantello nei pressure vessel, con riferimento sia al fondo piano sia a quello ellittico o torosferico, con richiami alla teoria di Coates ed alle norme ASME (T., 466-485).



Bibliografia e testi di riferimento

- R. Giovannozzi, “Costruzione di Macchine”, Vol. II, 5a Ed., Pàtron, Bologna, 1980 (G);
- V. Vullo, F. Vivio, “Analisi delle Tensioni nei Rotori”, in corso di pubblicazione (V);
- S.P. Timoshenko, S. Woinowsky - Krieger, “Theory of Plates and Shells”, McGraw- Hill Book Co., Singapore, 1959 (T);
- Dispense fornite dal docente.




Controlli dell’apprendimento/Modalità d’esame
L’esame si svolge in forma scritta ed orale. La prova scritta, il cui superamento è conditio sine qua non per poter sostenere la prova orale, consta di due esercizi di calcolo, il primo riguardante un disco od una piastra ed il secondo una struttura a guscio. La prova orale parte dalla discussione delle esercitazioni e prosegue con domande relative agli argomenti del corso.


Laboratori e/o esercitazioni

Sono previste due esercitazioni, di ampio respiro e con aspetti interdisciplinari, dedicate, la prima, al calcolo di un disco assialsimmetrico, variamente sollecitato e, la seconda, al progetto di massima di un recipiente a pressione. Per ambedue le esercitazioni è richiesta una relazione tecnica, la seconda corredata di disegni costruttivi. All’impostazione delle esercitazioni, al loro svolgimento ed al controllo degli elaborati, che dovranno essere consegnati prima dell’esame per poterlo sostenere, sarà dedicato un adeguato numero delle ore assegnate al corso.