Gruppo di Prototipazione Virtuale e Disegno

Università di Roma
"Tor Vergata"

Dipartimento di Ingegneria dell'Impresa "Mario Lucertini"

 

 

 

 

 

 

 

Prototipazione Virtuale e Simulazione dei Sistemi Meccanici

Docenti: Prof. Ettore Pennestrì e Prof. Pier Paolo Valentini

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Il corso di Prototipazione Virtuale e Simulazione dei Sistemi Meccanici è inquadrato nel curriculum di studi del Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Meccanica.

Il suo obiettivo è quello di fornire agli studenti conoscenze teoriche ed applicative per la costruzione, la simulazione e l'interpretazione dei risultati dei prototipi virtuali dei sistemi meccanici.

Il corso attribuisce 12 crediti formativi, è a carattere intensivo ed è previsto per il primo semestre dell'anno accademico (periodo ottobre-gennaio).

Gli argomenti trattati nel corso saranno suddivisi per convenienza didattica in due parti. La suddivisione delle lezioni per ciascuna parte non seguirà una divisione strettamente temporale, ma gli argomenti verranno trattati in maniera da garantire la migliore efficacia didattica. Il dettaglio degli argomenti in programma è riportato nella sezione seguente.

Il corso viene impartito da due docenti. Ciascun docente è responsabile dell'organizzazione e dell'erogazione della parte di sua competenza.

Il corso è attivo dall'anno accademico 2010-2011 e sostituisce i precedenti corsi di Disegno Assistito dal Calcolatore e Cinematica e Dinamica Computazionale (5 crediti). Per gli anni accademici 2010-2011 e 2011-2012 il corso ha sostituito il modulo di Meccanica Applicata alle Macchine 2 (5 crediti). Gli studenti che hanno già sostenuto con esito positivo uno dei predetti corsi (Disegno Assistito dal Calcolatore, Cinematica e Dinamica Computazionale o Meccanica Applicata alle Macchine 2) sono invitati a seguire soltanto le lezioni ad integrazione della propria preparazione e a sostenere un esame integrativo sugli argomenti di integrazione. La valutazione finale sarà data dalla media delle votazioni ottenute pesata con i crediti.

Programma (a.a. 2017-2018)

PARTE I (docente Prof. Pier Paolo Valentini)

Introduzione al corso. Introduzione alle problematiche e gli strumenti dell’ingegneria virtuale. La schematizzazione delle geometrie: modellatori wireframe, B-Rep, CSG, Octree, poligonali. Modellazione parametrica basata su lavorazioni. Schematizzazione matematica delle entità di modellazione: curve e superfici interpolanti ed approssimanti. Interpolazione lineare e quadratica. I polinomi di Lagrange. Curve di Bézier. Curve di Hérmite. Curve e superfici Bspline e NURBS. Patch di Coons. Esempi e implementazioni numeriche. Cenni di geometria differenziale di curve e superfici impiegate in ambiente CAD. Classi di precisione delle superfici. I sistemi CAE commerciali: caratteristiche, limiti e campi di applicazione. Strategie ed approcci alla modellazione parametrica: parti, assiemi, documentazione tecnica. Modellazione top down e bottom up. Lo schizzo 2D e 3D: entità, vincoli geometrici e dimensionali. Gli schizzi di layout e gli schizzi cinematici. Le operazioni di modellazione solida di base e le operazioni di modellazione solida avanzate. Operatori booleani e deformatori a forma libera. Modellazione di superfici. Modellazione di parti in lamiera. Configurazioni ed equazioni di modellazione.  Vincoli di assieme statici, dinamici e superiori.  Assiemi flessibili. Utilizzo ed implementazione di librerie di parti e lavorazioni. Analisi di funzionalità di parti e assiemi. Preparazione automatica e semiautomatica della documentazione tecnica. Personalizzazioni e messa in tavola.  Metodologie di ingegneria inversa in ambiente CAD.  Algoritmi ed implementazioni di resa foto realistica.  Formati di interscambio dati di modellazione. Costruzione, simulazione, revisione e interpretazione di modelli di analisi del movimento di assiemi virtuali. Esempi di applicazione. Gestione dei vincoli ridondanti. Problemi di contatto nelle analisi di movimento.

PARTE II (docente Prof. Ettore Pennestrì)

1. Cinematica dei moti tridimensionali infinitesimi e finiti. Angoli e parametri di Eulero. Asse del moto elicoidale per movimenti finiti ed infinitesimi. Formula di Rodrigues. Relazione tra parametri di Eulero e velocità angolare di un corpo. Cinematica dei moti relativi tra corpi adiacenti. Cinematica dei sistemi articolati tridimensionali: estensione del metodo delle equazioni di vincolo. 

2. Calcolo delle matrici d’inerzia per solidi composti. Equazioni di Newton-Eulero. La formulazione lagrangiana. Significato fisico dei moltiplicatori di Lagrange. Sistemi non olonomi. Applicazioni.

3. Generalità sulle tecniche multibody: Il metodo delle equazioni di vincolo. Calcolo delle reazioni vincolari nel riferimento dei giunti. Determinazione del vettore delle forze generalizzate. L’elemento molla-smorzatore viscoso. Esempi di applicazione dell’approccio multibody proposto a sistemi quali meccanismi articolati, rotismi, etc. Equazioni della dinamica con numero minimo di coordinate. Ortogonalizzazione della matrice Jacobiana.

4. Formulazioni multibody per sistemi spaziali a catena cinematica chiusa ed aperta. Calcolo delle forze generalizzate. Assemblaggio delle equazioni del moto. Calcolo delle reazioni vincolari nei riferimenti dei giunti. Applicazioni.

5. Le fattorizzazioni SVD e QR. Soluzione numerica di sistemi di equazioni lineari.

6. Soluzione numerica dei sistemi di equazioni algebrico-differenziali. Metodi di ortogonalizzazione. Classificazione sistemi DAE.

Risultati dell'apprendimento

Il corso di carattere sia teorico, sia applicativo si pone come obiettivo quello di fornire agli studenti le conoscenza base e avanzate per la modellazione e la simulazione di prototipi virtuali. Durante lo svolgimento delle lezioni, gli studenti avranno la possibilità di prendere confidenza con gli strumenti di ingegneria assistita dal calcolatore comunemente impiegati nelle realtà industriali. Come verifica dell'apprendimento è previsto lo svolgimento di un progetto di gruppo su tematiche concordate con i docenti, l'esecuzione di una prova applicativa e una scritta sui differenti argomenti del corso.   

Modalità d'esame

L'esame finale è strutturato in una prova applicativa, in una prova scritta e nella valutazione di un progetto/esercitazione di gruppo.

Il progetto di gruppo sarà assegnato ad inizio corso, dividendo gli studenti in gruppi da 2/3 unità. Il tema del progetto  sarà concordato con il docente.  Potranno essere previste revisioni intermedie per valutare lo stato di avanzamento.

La prova applicativa consiste nella modellazione, montaggio e simulazione del movimento di un assieme di cui verrà fornito il disegno tecnico. Durante la prova non sarà permessa la consultazioni di appunti e/o libri.

La prova scritta sarà composta di domande di teoria e di esercizi su tutti gli argomenti del corso. Durante la prova non sarà permessa la consultazioni di appunti e/o libri.

Il voto finale sarà determinato sulla base dei risultati delle prove finali e sulla valutazione del progetto di gruppo. L'esame si divide nella prova individuale e nella discussione del progetto di gruppo.

Propedeuticità

Nessuna. Si consiglia comunque la conoscenza degli argomenti di Disegno di Macchine e di un linguaggio di programmazione.

Testi consigliati

PARTE I

Chirone E., Tornincasa S. ''Disegno tecnico industriale'' vol. 2 - ed. il Capitello, Torino

Farin G. ''Curves and Surfaces for CAGD'' Morgan Kaufmann Pub., USA

Dispense a cura del docente

Manuali di utilizzo dell'ambiente di modellazione Solidworks 

PARTE 2

AA.VV. Cinematica e Dinamica dei Sistemi Multibody a cura di F.Cheli, E. Pennestrì vol I, Casa Editrice Ambrosiana.

A. Di Benedetto, E. Pennestrì, Introduzione alla cinematica dei meccanismi, Casa Editrice Ambrosiana, vol.II

E. Pennestrì, Dinamica Tecnica e Computazionale, Casa Editrice Ambrosiana,

Orari e modalità didattiche

MODALITA' DI EROGAZIONE

Tradizionale (Lezioni frontali e esercitazioni).

MODALITA' DI FREQUENZA

La frequenza è facoltativa sebbene altamente consigliata.

SEDE DELLE LEZIONI

Università di Roma "Tor Vergata" - Via del Politecnico, 1.

DATE INIZIO E TERMINE

Il corso è previsto per il primo semestre dell'anno accademico.  

ORGANIZZAZIONE DELLA DIDATTICA

Per l'anno accademico 2017-2018 l'orario delle lezioni sarà il seguente:

Mercoledì 16.00 - 18.30 - Aula 4 Edificio Didattica

Giovedì 16.00 - 18.30 - Aula 4 Edificio Didattica

Venerdì 9.30 - 11.00 - Aula C6 Edificio Didattica

L' aula 4 (Nuovi Edifici) è attrezzata con prese di corrente per poter alimentare i propri portatili per svolgere le esercitazioni in aula.

Schema settimanale dell'organizzazione didattica per l'attuale anno accademico

SETTIMANA I
Mercoledì 27/09/2017 - Introduzione al corso e Lezioni parte I, Prof. Pier Paolo Valentini
Giovedì 28/09/2017 - Lezioni parte I, Prof. Pier Paolo Valentini
Venerdì 29/09/2017 - NESSUNA LEZIONE

ORARIO DI RICEVIMENTO

Nel periodo di erogazione del corso (25/09/2017 - 19/01/2018) il ricevimento studenti è così organizzato:

Prof. Pier Paolo Valentini: mercoledì dalle 14.00 alle 16.00 presso lo studio del docente.

Prof. Ettore Pennestrì: giovedì dalle 14.00 alle 16.00 presso lo studio del docente.    

Nel periodo di non erogazione del corso il ricevimento studenti è per appuntamento.

Raccolta dei progetti di gruppo degli anni passati

Progetti dell'a.a. 2016-2017

Progetti dell'a.a. 2015-2016

Progetti dell'a.a. 2014-2015

Progetti dell'a.a. 2013-2014

Progetti dell'a.a. 2012-2013

Progetti dell'a.a. 2011-2012 (corso PVSSM e DAC)

Progetti dell'a.a. 2010-2011 (corso PVSSM e DAC)

Progetti dell'a.a. 2009-2010 (corso DAC)

Progetti dell'a.a. 2008-2009 (corso DAC)

Progetti dell'a.a. 2007-2008 (corso DAC)

Progetti dell'a.a. 2006-2007 (corso DAC)

Progetti dell'a.a. 2005-2006 (corso DAC)

Informazioni sul progetto di gruppo da presentare nell'anno accademico corrente

Scopo: Esercitarsi a disegnare e simulare in ambiente CAD un complessivo meccanico composto da numerose parti opportunamente montate e preparare una documentazione tecnica di supporto

Tema: libero da concordare con il docente (es. Elettrodomestici, attrezzi sportivi, parti motore). Si suggerisce, per avere un'idea della complessità media, di consultare le pagine dei progetti degli anni accaddemici passati.

Gruppi: composti da 2 a 3 studenti

Scadenze: Entro 20 ottobre (meglio prima) composizione gruppi e idee progetti (relazione cartacea di 3-4 pagine con foto e descrizioni). Progetto completo da presentare entro il 28 gennaio.

Presentazione: CD/DVD con tutto il materiale elettronico.

Contenuto del CD/DVD da presentare alla fine del progetto:
- Tutti i file di modellazione (parti e assiemi) e un assieme contenente il modello si simulazione del movimento.
- Un file di disegno relativo alla messa in tavola completa di quote e indicazioni di una parte a scelta purché di media complessità
- Un file di disegno relativo alla messa in tavola completa di bollature e distinta dei coponenti di un assieme o sottoassime a scelta.
-  Una cartella con una raccolta di immagini .jpg significative del lavoro svolto (parti, assiemi, etc.)
- Un documento (relazione) descrittiva dell’oggetto del progetto, comprensiva di una tabella di raffronto tra foto delle principali parti reali e della loro modellazione virtuale e di una lista completa dei componenti modellati. La relazione dovrà includere i dettagli specifici della costruzione del modello di analisi del movimento (scelte, semplificazioni, condizioni al contorno) e dei risultati notevoli (cinematica, reazioni vincolari, etc.). Il documento dovrà contenere I nomi, matricole ed indirizzi email dei componenti del gruppo.
- Un file indice del supporto multimediale con l’elenco e la descrizione delle cartelle/file allegati.

Date di esame

SESSIONE AUTUNNALE 2016-2017 (E' possibile sostenere entrambi gli appelli)

I Appello: lunedì 11 settembre 2017, ore 9.30, aula 4, edificio didattica.

II Appello: giovedì 21 settembre 2017, ore 9.30, aula 4, edificio didattica. 

 

La prova teorica e quella applicativa verranno svolte in sequenza. La durata complessiva delle prove, considerando anche la pausa di riposo, sarà di circa 4 ore.

 

Modalità di Prenotazione.

La prenotazione agli appelli è obbligatoria e può essere effettuata dal fino a 6 giorni prima dello svolgimento di ciascun appello.
Per prenotarsi occorre utilizzare la procedura informatica disponibile sul Portale Delphi della Didattica di Ateneo. In caso di problemi di accesso al portale, è possibile inviare un'email al Prof. Pier Paolo Valentini, chiedendo l'inserimento manuale della prenotazione, specificando nome, cognome, matricola e appello. Tali richieste dovranno essere inoltrate entro lo stesso termine di prenotazione, pena l'invalidità della prenotazione stessa.

L' eventuale necessità di sostenere la prova applicativa con un computer fornito dall'Università deve essere segnalata via email al docente ( valentini@ing.uniroma2.it ) entro 15 giorni dalla data di svolgimento dell'appello.

L' eventuale necessità di sostenere una prova integrativa deve essere segnalata via email al docente ( valentini@ing.uniroma2.it ) entro 15 giorni dalla data di svolgimento dell'appello. In tal caso è necessario specificare gli esami già sostenuti e la relativa votazione.

Si ricorda che per sostenere la prova di esame è necessario aver consegnato il progetto di gruppo con almeno 5 giorni di anticipo rispetto alla data dell'appello.

Non saranno ammessi a sostenere le prove gli studenti che non si atterranno alle modalità di prenotazione descritte.

La prova scritta finale sarà suddivisa in una prova applicativa al calcolatore e una prova su argomenti teorici. Per essere considerati sufficienti nella prova scritta occorrerà raggiungere la sufficienza in entrambe le prove. Il voto finale sarà dato dalla media delle due prove scritte e un bonus/malus sulla valutazione del progetto di gruppo.