Prototipazione Virtuale e Simulazione dei Sistemi Meccanici

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

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 virtuali.

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

Per comodità viene riportato il seguente schema:

- Studenti che hanno sostenuto positivamente solo l'esame di Disegno Assistito dal Calcolatore (5 crediti) --> devono seguire e sostenere l'esame solo sugli argomenti delle Parte II e gli argomenti della Parte I integrativi (*).

- Studenti che hanno sostenuto positivamente solo l'esame di Cinematica e Dinamica Computazionale (5 crediti) --> devono seguire e sostenere l'esame solo sugli argomenti delle Parte I e gli argomenti della Parte II integrativi (**).

- Studenti che hanno sostenuto positivamente l'esame di Cinematica e Dinamica Computazionale (5 crediti) e Meccanica Applicata alle Macchine 2 (5 crediti) --> devono seguire e sostenere l'esame solo sugli argomenti delle Parte I

- Studenti che hanno sostenuto positivamente l'esame di Cinematica e Dinamica Computazionale (5 crediti) e Disegno Assistito dal Calcolatore 2 (5 crediti) --> devono seguire e sostenere l'esame solo sugli argomenti integrativi della Parte I (*) e della Parte II (**)

- In tutti gli altri casi si invitano gli studenti a contattare con anticipo i docenti per stabilire i debiti formativi.

Per facilitare l'individuazione degli argomenti delle lezioni, settimanalmente verrà pubblicato su questo sito il programma della settimana successiva.

Programma

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. Gli algoritmi di Aitken e de Casteljau. I polinomi di Lagrange. Curve di Bézier (*). 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 (*). Energie di deformazione di curve e 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 lamiere. Configurazioni ed equazioni di modellazione. Componenti flessibili ed intelligenti. 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. Cenni alla programmazione in ambiente CAD. Costruzione, simulazione, revisione e interpretazione di modelli di analisi del movimento di assiemi virtuali. Esempi di applicazione.

PARTE II (docente Prof. Ettore Pennestrì)

1. Sistemi piani Cinematica dei moti inﬁnitesimi (**). Polari del moto (**). Equazione di Euler-Savary (**). Applicazioni (**). Generalità sulle tecniche multibody: Il metodo delle equazioni di vincolo. La formulazione lagrangiana. Signiﬁcato ﬁsico dei moltiplicatori di Lagrange. 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. Le fattorizzazioni SVD e QR. Soluzione numerica di sistemi di equazioni lineari. Eliminazione del termine delle forze vincolari dalle equazioni del moto: metodi di Maggi.

2. Sistemi spaziali Cinematica dei moti tridimensionali. 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. Calcolo delle matrici d’inerzia per solidi composti. Equazioni di Newton-Eulero. Sistemi non olonomi. Applicazioni. 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.

3. Vibrazione dei sistemi lineari Disaccoppiamento delle equazioni del moto per modelli lineari (**). Serie e trasformata di Fourier (**).

4. Soluzione numerica dei sistemidi 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, messa in tavola, quotatura 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 1 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 (03/10/2011 - 04/02/2012).

ORGANIZZAZIONE DELLA DIDATTICA

Per l'anno accademico 2011-2012 l'orario delle lezioni sarà il seguente:

Mercoledì 13.15 - 15.45

Giovedì 14.00 - 16.45

Venerdì 14.00 - 15.45

Dal 6 ottobre fino a fine corso le lezioni si terranno in aula 4 (Nuovi Edifici). Tale aula è attrezzata con prese di corrente per poter alimentare i propri portatili per svolgere le esercitazioni in aula.

Schema settimanale dell'organizzazione didattica

Mercoledì 5 ottobre - Prof. Valentini - Argomenti parte I

Giovedì 6 ottobre - Prof. Valentini - Argomenti Parte I (*)

Venerdì 7 ottobre - Prof. Valentini - Argomenti Parte I (*)

Mercoledì 12 ottobre - Prof. Pennestrì - Argomenti parte II (**)

Giovedì 13 ottobre - Prof. Pennestrì - Argomenti Parte II (**)

Venerdì 14 ottobre - Prof. Pennestrì - Argomenti Parte II

Mercoledì 19 ottobre (SI RICORDA CHE DAL 19 OTTOBRE LA LEZIONE DEL MERCOLEDI' AVRA' INIZIO ALLE 13.15)- Prof. Valentini - Argomenti parte I - si consiglia di portare in aula un calcolatore elettronico

Giovedì 20 ottobre - Prof. Valentini - Argomenti Parte I - si consiglia di portare in aula un calcolatore elettronico

Venerdì 21 ottobre - Prof. Pennestrì - Argomenti Parte II

Mercoledì 26 ottobre (LA LEZIONE DEL MERCOLEDI' INIZIA ALLE 13.15)- Prof. Pennestrì - Argomenti parte II (**)

Giovedì 27 ottobre - Prof. Valentini - Argomenti Parte I - si consiglia di portare in aula un calcolatore elettronico

Venerdì 28 ottobre - Prof. Valentini - Argomenti Parte I - si consiglia di portare in aula un calcolatore elettronico

Mercoledì 2 novembre (LA LEZIONE DEL MERCOLEDI' INIZIA ALLE 13.15)- Prof. Valentini - Argomenti parte I - si consiglia di portare in aula un calcolatore elettronico

Giovedì 3 novembre - Prof. Pennestrì - Argomenti Parte II(**)

Venerdì 4 novembre - Prof. Valentini - Argomenti Parte I(*)

Mercoledì 9 novembre (LA LEZIONE DEL MERCOLEDI' INIZIA ALLE 13.15)- Prof. Valentini - Argomenti parte I - si consiglia di portare in aula un calcolatore elettronico

Giovedì 10 novembre - Prof. Valentini - Argomenti parte I(*) - si consiglia di portare in aula un calcolatore elettronico

Venerdì 11 novembre - Prof. Pennestrì - Argomenti Parte II

Mercoledì 16 novembre (LA LEZIONE DEL MERCOLEDI' INIZIA ALLE 13.15)- Prof. Pennestrì - Argomenti parte II

Giovedì 17 novembre - Prof. Valentini - Argomenti parte I - si consiglia di portare in aula un calcolatore elettronico e scaricare il file dell'esercitazione

Venerdì 18 novembre - Prof. Pennestrì - Argomenti Parte II

Mercoledì 23 novembre (LA LEZIONE INIZIERA' ALLE 14.00) - Prof. Pennestrì - Argomenti Parte II

Giovedì 24 novembre - Prof. Valentini - Argomenti parte I - si consiglia di portare in aula un calcolatore elettronico

Venerdì 25 novembre - Prof. Valentini - Argomenti parte I - si consiglia di portare in aula un calcolatore elettronico

Mercoledì 30 novembre (LA LEZIONE INIZIERA' ALLE 13.15) - Prof. Pennestrì - Argomenti Parte II

Giovedì 1 dicembre - Prof. Valentini - Argomenti parte I - si consiglia di portare in aula un calcolatore elettronico

Venerdì 2 dicembre - Prof. Valentini - Argomenti parte I - si consiglia di portare in aula un calcolatore elettronico

Mercoledì 7 dicembre (LA LEZIONE INIZIERA' ALLE 13.15) - Prof. Pennestrì - Argomenti Parte II

Giovedì 8 dicembre - NESSUNA LEZIONE

Venerdì 9 dicembre - NESSUNA LEZIONE

Mercoledì 14 dicembre (LA LEZIONE INIZIERA' ALLE 13.15) - Prof. Pennestrì - Argomenti Parte II

Giovedì 15 dicembre - Prof. Valentini - Argomenti parte I - si consiglia di portare in aula un calcolatore elettronico

Venerdì 16 dicembre - Prof. Valentini - Argomenti parte I - si consiglia di portare in aula un calcolatore elettronico

Mercoledì 21 dicembre (LA LEZIONE INIZIERA' ALLE 13.15) - Prof. Pennestrì - Argomenti Parte II

AVVISO

In accordo con il calendario delle lezioni della Facoltà di Ingegneria dal 22/12/2011 al 06/01/2012 è prevista l'interruzione delle attività didattiche (lezioni e ricevimenti studenti).

Mercoledì 11 gennaio NESSUNA LEZIONE - La lezione sarà rinviata per consentire lo svolgimento delle prove degli esami di stato.

Giovedì 12 gennaio - Prof. Valentini - Argomenti parte I - si consiglia di portare in aula un calcolatore elettronico

Venerdì 13 gennaio - Prof. Pennestrì - Argomenti Parte II

Mercoledì 18 gennaio - Prof. Pennestrì - Argomenti Parte II

Giovedì 19 gennaio - Prof. Valentini - Argomenti parte I - si consiglia di portare in aula un calcolatore elettronico

Venerdì 20 gennaio - Prof. Valentini - Argomenti parte I - si consiglia di portare in aula un calcolatore elettronico

Mercoledì 25 gennaio - Prof. Valentini - Argomenti parte I - si consiglia di portare in aula un calcolatore elettronico

Giovedì 26 gennaio - Prof. Pennestrì - Argomenti Parte II

Venerdì 27 gennaio - NESSUNA LEZIONE

Mercoledì 1 febbraio - Prof. Valentini - La lezione sarà interamente dedicata ad esercizi ricapitolativi - si consiglia di portare in aula un calcolatore elettronico

Giovedì 2 febbraio - Prof. Pennestrì - Esercizi ricapitolativi su Argomenti Parte II

Venerdì 3 febbraio - NESSUNA LEZIONE

ORARIO DI RICEVIMENTO

Nel periodo di erogazione del corso (03/10/2011 - 03/03/2012) il ricevimento studenti è così organizzato:

Prof. Pier Paolo Valentini: mercoledì dalle 10.30 alle 12.30 presso lo studio del docente.

Prof. Ettore Pennestrì: giovedì dalle 16.45 alle 18.00 presso lo studio del docente.

Raccolta dei progetti di gruppo degli anni passati

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 28 ottobre (meglio prima) composizione gruppi e idee progetti (relazione cartacea di 4-5 pagine con foto e descrizioni). Progetto completo da presentare entro il 3 febbraio.

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)
- 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. 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 DI LUGLIO (E' possibile sostenere solo uno degli appelli)

I Appello: mercoledì 4 luglio 2012 dalle ore 9.00 Aula 4 (nuovi edifici)

II Appello: lunedì 16 luglio 2012 dalle ore 9.00 Aula 4 (nuovi edifici)

La prova teorica e quella applicativa verranno svolte in sequenza. La durata complessiva delle prove, considerando anche la pausa di riposo, sarà di circa 4.5 ore.

Modalità di Prenotazione.

La prenotazione agli appelli è obbligatoria e può essere effettuata fino a 5 giorni prima dello svolgimento di ciascun appello.
Per prenotarsi occorre utilizzare la procedura informatica disponibile sul Portale Delphi della Didattica di Ateneo. Il servizio di prenotazione online sarà disponibile a breve.

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 ) senza procedere alla prenotazione online. 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.

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.

Gruppo di Disegno di Macchine