Ingegneria meccanica e materiali

Il testo propone un’introduzione alla meccanica strutturale e ai fondamenti della progettazione meccanica e della costruzione di macchine. L’opera, suddivisa in due volumi, si rivolge agli allievi dei corsi di laurea in Ingegneria industriale. Il primo volume sviluppa un approccio organico allo studio dell’equilibrio delle strutture, il secondo volume pone le basi della meccanica dei solidi e dei materiali e ne descrive le applicazioni per la soluzione di un’ampia classe di problemi strutturali. In questo volume si riprendono i fondamenti della meccanica introdotti nel corso di Fisica – i concetti di forza e di momento di una forza, i modelli di punto materiale e di corpo rigido – e si introducono i concetti di vincolo e reazione vincolare, le equazioni cardinali della statica e il principio dei lavori virtuali, quali strumenti fondamentali per lo studio dell’equilibrio dei corpi e delle strutture. Particolare enfasi è posta all’identificazione dei modelli fisici dei sistemi reali, necessari per determinare come il solido trasferisce e distribuisce al proprio interno gli effetti delle sollecitazioni meccaniche esterne. Il volume si chiude con l’analisi critica dei modelli basati sull’ipotesi di corpo rigido e mostra come, nei problemi reali, l’ipotesi di deformabilità del corpo sia essenziale per coglierne la corretta risposta strutturale.

Da un testo di successo internazionale del professor Hibbeler, una nuova edizione italiana, con circa 200 esempi svolti e 500 problemi, presenta la Meccanica dei Solidi e delle Strutture in modo aggiornato, efficace e adeguato agli insegnamenti e alla normativa del nostro Paese.

L'analisi non lineare delle strutture è una metodologia utilizzata per valutare il comportamento delle strutture sotto carichi che provocano deformazioni significative o comportamenti non lineari dei materiali. Mentre l'analisi lineare assume che le deformazioni siano proporzionali agli sforzi applicati e che il materiale sia completamente elastico, l'analisi non lineare tiene conto di effetti quali il comportamento plastico dei materiali, il rigetto, le grandi deformazioni e le variazioni di rigidità. L'analisi non lineare delle strutture può essere condotta utilizzando metodi numerici avanzati come l'analisi agli elementi finiti (FEA) o l'analisi agli elementi discreti (DEA). Questi metodi consentono di suddividere la struttura in elementi più piccoli per modellare il suo comportamento complesso in modo più accurato. L'analisi non lineare delle strutture è particolarmente importante quando si progettano strutture soggette a carichi estremi o quando si desidera valutare il comportamento di strutture esistenti in situazioni di non linearità. Tuttavia, richiede competenze specializzate e può richiedere un notevole sforzo computazionale, specialmente per modelli dettagliati o complessi.

La meccanica computazionale, anche conosciuta come analisi numerica o simulazione numerica, è una disciplina che combina la teoria meccanica con l'uso di algoritmi e tecniche computazionali per risolvere problemi ingegneristici complessi. Utilizza metodi matematici e algoritmi per approssimare soluzioni a problemi di ingegneria che coinvolgono il comportamento dei materiali, la deformazione strutturale, il flusso dei fluidi, il trasferimento di calore e altre fenomenologie fisiche. La meccanica computazionale utilizza principalmente metodi numerici per risolvere le equazioni differenziali parziali che descrivono il comportamento dei sistemi fisici. Questi metodi comprendono l'elemento finito, il metodo dei volumi finiti, il metodo delle differenze finite e altri. Attraverso la discretizzazione dello spazio e del tempo, i problemi complessi possono essere suddivisi in problemi più semplici che possono essere risolti utilizzando calcolatori ad alte prestazioni. L'applicazione della meccanica computazionale è ampia e copre molti settori dell'ingegneria, come l'aerospaziale, l'automobilistico, il civile, il meccanico, l'elettrico e l'energetico. Attraverso la simulazione numerica, è possibile analizzare il comportamento dei sistemi ingegneristici sotto differenti condizioni operative, ottimizzare il design dei componenti, valutare la sicurezza strutturale, prevedere la durata dei materiali e molto altro. Inoltre, la meccanica computazionale ha un ruolo importante nella ricerca scientifica, poiché permette di studiare fenomeni complessi che non possono essere facilmente analizzati tramite metodi tradizionali. Ad esempio, nella meccanica dei fluidi computazionale, si simulano i flussi di fluidi attraverso geometrie complesse, consentendo di studiare l'aerodinamica degli aerei, la dinamica dei fluidi in sistemi di tubazioni e molto altro.

Il testo si propone come supporto per l’insegnamento della Meccanica Razionale presso i corsi di laurea in Ingegneria dell’Università di Modena e Reggio Emilia. Gli obiettivi specifici che ci si è posti sono quelli di introdurre gli elementi di base della Meccanica Classica e di fornire gli strumenti matematici essenziali per la costruzione e lo studio dei modelli che descrivono i fenomeni meccanici. I l testo è suddiviso in due parti: teoria ed esercizi. La teoria è organizzata in nove capitoli: i primi sei con le nozioni necessarie, a parere degli autori, per un corso di Meccanica Razionale di base; gli ultimi tre con temi per un secondo corso più avanzato, che tratti anche eventuali argomenti dei primi sei capitoli tralasciati in precedenza. Gli esercizi, tutti svolti in dettaglio, fanno riferimento ai primi sei capitoli della teoria, con l’aggiunta negli esercizi di Meccanica dei sistemi di alcune applicazioni riguardanti le equazioni di Lagrange, le piccole oscillazioni e lo studio qualitativo del moto.

La panoramica degli argomenti tecnici trattati in questo volume è particolarmente vasta. Si riportano qui solo i principali tra di essi: Valutazione dei rischi e progettazione integrata della sicurezza sulle macchine [UNI EN ISO 12100]. Affidabilità dei sistemi di comando legati alla sicurezza [UNI EN ISO 13849-1/13849-2 e CEI EN 62061]. Modalità di funzionamento con dispositivi di sicurezza neutralizzati. Qualità dell’interfaccia uomo-macchina. Comando di arresto d’emergenza e comando di avviamento a due mani. Ripari, interblocchi e distanza di sicurezza. Barriere a raggi infrarossi; laser scanner; bordi, pedane e paraurti sensibili alla pressione. Sistemi pneumatici e oleoidraulici. Principi ergonomici per lo studio delle postazioni di lavoro e progettazioni strutturali di rampe, scale e piani sopraelevati. Analisi e riduzione delle emissioni di rumore, gas e fumi. Valutazione e abbattimento di rischi di contatto con superfici calde e fredde. Qualità del manuale di istruzioni.

Lo scopo di questo volume è di presentare i principali modelli matematici che si impiegano per affrontare queste tematiche (modelli di stato e modelli ARMA) e di discutere le tecniche di filtraggio e predizione per modelli di stato e quelle di predizione per modelli ingresso/uscita.

Durante gli anni di insegnamento il Professore Antonio Strozzi ha potuto apprezzare quali sbagli vengono più frequentemente commessi dagli studenti, ed ha raccolto gli errori più significativi in questo libro per guidare lo studente in un ripasso divertito dei contenuti della Costruzione di Macchine. Basandosi sull'analisi critica di errori gravi ed insieme comuni commessi da chi lo ha preceduto, lo studente può godere di una cura preventiva che lo aiuterà a non ricadere nei medesimi errori. Il testo si divide nei capitoli fondamentali che formano il volume (dello stesso autore) di Costruzione di Macchine dove, di norma, per ogni problema esaminato viene presentata una domanda, è indicata la risposta corretta, e viene quindi riportata una risposta errata, comprensiva di un commento sull'errore.

Questo secondo volume completa la panoramica sulle Macchine a Fluido, coprendo i vari argomenti usualmente affrontati nei corsi di laurea magistrale di meccanica, energetica e chimica. Seguendo lo schema e la filosofia del volume I il testo presenta e propone nuovamente una trattazione unificata delle procedure di analisi e progetto “del primo ordine” delle Macchine a Fluido. Anche in questa seconda occasione, sono state considerate, in qualche caso, analisi del “secondo ordine”. Il testo fa uso ricorrente di un aggiornato e per quanto possibile uniforme database (creato attraverso contatti con i costruttori e ricercatori accademici internazionali) di relazioni e mappe operative. Lo scopo primario di questa trattazione è quello di fornire una conoscenza comprensiva e congruente dei principi di funzionamento delle diverse Macchine a Fluido. Una ben precisa distinzione è mantenuta in tutti i capitoli dedicati alle singole tipologie di macchine tra i cosiddetti “criteri di scelta” di una macchina a fluido, a partire dalle specifiche operative, e le vere e proprie “attività di progetto”. Inoltre, le correlazioni usate e le mappe operative (a volte fornite direttamente dai costruttori), qui proposte, sono analizzate e discusse nel dettaglio. La lista di referenze contiene una scelta aggiornata e ragionata dei principali trattati e ricerche internazionali del settore. Infine viene descritto nel dettaglio un particolare impiego delle macchine a fluido spesso, se non completamente, tralasciato: l'applicazione delle macchine a fluido in campo biomedico.

Il presente volume, destinato agli allievi dei corsi di laurea in Ingegneria, costituisce una guida per lo studio dei temi fondamentali della Scienza delle Costruzioni, spesso indicata con la denominazione di Meccanica Strutturale. Con un linguaggio che cerca di coniuga- re semplicità e rigore, si accompagna il lettore alla riscoperta degli strumenti algebrici e differenziali necessari per questa disciplina, fornendo dimostrazione dei diversi asserti, senza distogliere l'attenzione dagli aspetti ingegneristici.

Il manuale Idraulica per i concorsi pubblici nasce per venire incontro alle esigenze di chi intende partecipare ai sempre più frequenti concorsi nella Pubblica Amministrazione, per i profili tecnici, ed e stato costruito sulla base degli argomenti maggiormente richiesti nei bandi. Il testo riporta le nozioni fondamentali della materia, suddivise in queste tre macro-aree: Fluidi; Fluidostatica e Idrostatica; Fluidodinamica e Idrodinamica. In particolare, sono analizzate le seguenti tematiche: le proprietà e il comportamento dei fluidi, dal punto di vista «statico» e «dinamico»; le grandezze che caratterizzano i fluidi, ovvero volume, densità, pressione, tensione superficiale, capillarità, viscosità, portata…; i campi di applicazione della meccanica dei fluidi; le principali leggi della fluidostatica, vale a dire il paradosso idrostatico, la legge di Stevino, la legge di Pascal, il principio dei vasi comunicanti, il principio di Archimede…; i principi fondamentali della fluidodinamica, ossia l’equazione di continuità, l’equazione di Bernoulli, l’effetto Magnus, l’effetto Venturi, la legge di Torricelli, il numero di Reynolds, la legge di Poiseuille, la legge di Stokes, la legge di Jurin…; le applicazioni concrete delle intuizioni dei più grandi studiosi; il moto, «laminare» e «turbolento», dei fluidi all’interno di un condotto; le perdite di carico, «distribuite» e «concentrate», a cui è soggetto un fluido che scorre dentro una tubazione; gli strumenti e i metodi di misura negli ambiti della «fluidostatica» e della «fluidodinamica». L’intera trattazione è corredata da una nutrita serie di esempi, schemi, tabelle e immagini. A completamento del libro, è riportata una batteria di quiz a risposta multipla sui contenuti affrontati, ai fini di una corretta autovalutazione. Il manuale, per le peculiarità descritte, è particolarmente consigliato per la preparazione ai concorsi negli enti locali, nei Ministeri e nei Vigili del Fuoco, in quanto costituisce: sia un ottimo strumento di ripasso per chi già possiede consolidate basi nella disciplina; sia un supporto per chi studia questi argomenti per la prima volta e non possiede ancora competenze specifiche.