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Davide CASTAGNETTI
Professore Ordinario
Dipartimento di Scienze e Metodi dell'Ingegneria
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Insegnamento: Digital Multiphysics Simulation for Machine Design
Digital Automation Engineering (Offerta formativa 2023)
Obiettivi formativi
L'insegnamento vuole fornire le conoscenze e le competenze necessarie per comprendere i metodi numerici per la simulazione multifisica, conoscere gli strumenti computazionali disponibili in commercio, applicarli a problemi multifisici in ambito di progettazione meccanica, valutarne vantaggi e svantaggi rispetto ai metodi classici.
Gli obiettivi formativi del corso, seguendo i descrittori di Dublino, sono i seguenti:
(1) Conoscenza e capacità di comprensione. Attraverso le lezioni teoriche lo studente comprende i concetti e i metodi necessari per la risoluzione di problemi multifisici di particolare complessità. Tali metodi sono necessari quando le tecniche analitiche non sono applicabili per la complessità del sistema.
(2) Capacità di applicare conoscenza e comprensione. Attraverso le attività teoriche e di laboratorio lo studente apprende a modellare problemi multi-fisici in maniera da creare un simulacro digitale il più possibile fedele alla realtà. Diversi moduli saranno integrati al fine di modellare ambiti fisici diversi, accoppiati e disaccoppiati.
(3) Autonomia di giudizio. L’insegnamento fornisce agli studenti gli strumenti per valutare con spirito critico diverse tecniche per analizzare e valutare gli stati di sollecitazione e la resistenza di sistemi complessi, interpretando e confrontando le diverse soluzioni ottenute.
(4) Abilità comunicative. Il lavoro di gruppo richiesto nell'attività laboratoriale del corso permette agli studenti di migliorare le loro capacità comunicative e di interazione reciproca.
(5) Capacità di apprendimento. L’insegnamento fornisce gli strumenti per portare a livello digitale il processo di progettazione, utilizzando in maniera predittiva le potenzialità della simulazione per valutare molteplici soluzioni costruttive.
Prerequisiti
Conoscenze di Progettazione Meccanica e Costruzione di Macchine.
Conoscenza di modellazione digitale 3D.
Programma del corso
La scansione dei contenuti per CFU è da intendere come puramente indicativa. Essa può infatti subire modifiche nel corso dell’insegnamento alla luce dei feedback degli studenti e delle studentesse.
1 CFU (9 ore)
Introduzione alle tematiche del corso
Introduzione alla Progettazione Meccanica
Introduzione alla simulazione digitale con il metodo degli elementi finiti
1 CFU (9 ore)
Metodo degli elementi finiti per la simulazione multi-fisica
Analisi, sintesi ed ottimizzazione strutturale.
4 CFU (36 ore)
Esercitazioni su problemi lineari e non lineari
Esercitazioni su problemi dinamici
Esercitazioni su problemi di ottimizzazione
Questi argomenti possono essere di supporto allo svolgimento
di tirocini o tesi.
Metodi didattici
Il corso prevede lezioni teoriche ed esercitazioni dedicate alla soluzione di esercizi di progettazione meccanica mediante sistemi di simulazione (Elementi Finiti).
L’insegnamento viene erogato mediante lezioni frontali in presenza (teoria ed esercitazioni) che vengono svolte con l’ausilio di mezzi audiovisivi (presentazioni in Power Point) e di software specialistici agli elementi finiti.
La frequenza alle lezioni frontali in presenza non è obbligatoria.
L’insegnamento è erogato in lingua inglese.
Testi di riferimento
The slides used during the course, and the exercises carried out in the laboratory together with their solutions will be made available every week on the Teams-Moodle platform dedicated to the course.
Students will be able to deepen the contents of the course through the following recommended textbooks, in English:
- Concepts and Applications of Finite Element Analysis, 4th Ed. Robert D. Cook, David S. Malkus, Michael E. Plesha, Robert J. Witt. ISBN: 978-0-471-35605-9 October 2001
- Getting Started with ABAQUS - Interactive Edition
- An Introduction to Stress Analysis, Applications with SolidWorks Simulation, Student Guide, Solidworks Corp.
- SolidWorks Simulation 2020 Black Book, Cadcamcae Works; 7th ed. (2019).
Verifica dell'apprendimento
L'esame si svolgerà al termine dell’insegnamento secondo il calendario ufficiale degli appelli d’esame. La prova è orale e consiste nella presentazione di una tesina a gruppi di due, relativa ad un caso industriale per il quale si svolge analisi agli elementi finiti ed ottimizzazione (software Abaqus Simulation o Solidworks Simulation).
La tesina verrà consegnata in forma di elaborato scritto una settimana prima dell’appello d’esame.
In sede d’esame verrà poi presentata al docente in forma orale.
Per ciascuna parte la valutazione è in 30-esimi ed il voto finale si ottiene come media dei voti di queste due parti.
Gli esiti saranno comunicati al termine dell’appello d’esame e pubblicati tramite Esse3.
Risultati attesi
Seguendo i descrittori di Dublino.
(1) Conoscenza e capacità di comprensione
Conoscere e comprendere le principali metodologie di simulazione strutturale, i loro punti di forza ed i limiti e le approssimazioni ad esse connesse.
(2) Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Capacità di applicare le metodologie di simulazione strutturale ad ogni categoria di problema strutturale grazie alla conoscenza e comprensione, del problema stesso, delle strategie semplificative da adottare e di come impostare l'analisi strutturale nel modo più appropriato per ogni specifico caso.
(3) Autonomia di giudizio
Sviluppare una elevata autonomia di giudizio sui risultati ottenuti, grazie alla costante ed approfondita analisi critica dei risultati numerici, basata sul confronto con modelli analitici e sulla corretta interpretazione fisico-meccanica del problema.
(4) Abilità comunicative
L’insegnamento prevede in misura sostanziale, lo sviluppo di specifiche competenze e abilità comunicative, in relazione al fatto che gli studenti dovranno lavorare in gruppo allo studio di un caso industriale, stendendo una relazione tecnica e motivando e difendendo le scelte fatte, impiegando un linguaggio tecnicamente rigoroso. Il tutto attraverso un lavoro preliminare di confronto e valutazione congiunta all'interno di un gruppo di lavoro.
(5) Capacità di apprendimento
L’insegnamento fornisce le basi per ulteriori approfondimenti su temi di progettazione meccanica assistita dal calcolatore, oltre che per potere seguire, con un discreto grado di autonomia, l’evoluzione delle metodologie oggetto di questo corso.