Prototipazione Virtuale e Simulazione dei Sistemi Meccanici

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

Programma (a.a. 2021-2022)

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.  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).

Per l'a.a. 2021-2022 le lezioni saranno erogate in modalità mista (presenza e distanza). Gli studenti potrenno tramite il portale Delphi richiedere accesso all'aula virtuale.

MODALITA' DI FREQUENZA

La frequenza è facoltativa sebbene altamente consigliata.

SEDE DELLE LEZIONI

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

Aula 4 - le lezioni in modalità a distanza saranno trasmesse su piattaforma MS-Teams. Gli studenti potrenno tramite il portale Delphi richiedere accesso all'aula virtuale.

DATE INIZIO E TERMINE

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

ORGANIZZAZIONE DELLA DIDATTICA

Per l'anno accademico 2021-2022 l'orario delle lezioni sarà il seguente:

Mercoledì 16.00 - 18.30 - Aula 4 e Aula Virtuale Microsoft Teams

Giovedì 16.00 - 18.30 - Aula 4 e Aula Virtuale Microsoft Teams

Venerdì 9.30 - 11.00 - Aula C3 e Aula Virtuale Microsoft Teams

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

La pianificazione settimanale delle lezioni sarà pubblicata nelle pagine dell'aula virtuale Teams.

Come riferimento si riporta l'esempio dello schema settimanale dell'organizzazione didattica per uno degli scorsi anni accademici

SETTIMANA I
Mercoledì 26/09/2019 - Introduzione al corso e Lezioni parte I, Prof. Pier Paolo Valentini
Giovedì 27/09/2019 - Lezioni parte I, Prof. Pier Paolo Valentini
Venerdì 28/09/2019 - NESSUNA LEZIONE

SETTIMANA II
Mercoledì 02/10/2019 - Lezioni parte I, Prof. Pier Paolo Valentini
Giovedì 03/10/2019 - Lezioni parte I, Prof. Pier Paolo Valentini - si consiglia di portare in aula un calcolatore elettronico
Venerdì 04/10/2019 - NESSUNA LEZIONE

SETTIMANA III
Mercoledì 09/10/2019 - Lezioni parte I, Prof. Pier Paolo Valentini - si consiglia di portare in aula un calcolatore elettronico
Giovedì 10/10/2019 - Lezioni parte I, Prof. Pier Paolo Valentini - si consiglia di portare in aula un calcolatore elettronico
Venerdì 11/10/2019 - Lezioni parte II, Prof. Ettore Pennestrì

SETTIMANA IV
Mercoledì 16/10/2019 - Lezioni parte I, Prof. Pier Paolo Valentini - si consiglia di portare in aula un calcolatore elettronico
Giovedì 17/10/2019 - Lezioni parte II, Prof. Ettore Pennestrì
Venerdì 18/10/2019 - Lezioni parte II, Prof. Ettore Pennestrì

SETTIMANA V
Mercoledì 23/10/2019 - Lezioni parte I, Prof. Pier Paolo Valentini - si consiglia di portare in aula un calcolatore elettronico e scaricare il file di esercitazione
Giovedì 24/10/2019 - Lezioni parte II, Prof. Ettore Pennestrì
Venerdì 25/10/2019 - NESSUNA LEZIONE

SETTIMANA VI
Mercoledì 30/10/2019 - NESSUNA LEZIONE
Giovedì 31/10/2019 - Lezioni parte II, Prof. Ettore Pennestrì
Venerdì 01/11/2019 - NESSUNA LEZIONE - FESTIVITA' DI OGNISSANTI

SETTIMANA VII
Mercoledì 06/11/2019 - Lezioni parte I, Prof. Pier Paolo Valentini - si consiglia di portare in aula un calcolatore elettronico e scaricare il file di esercitazione
Giovedì 07/11/2019 - Lezioni parte II, Prof. Ettore Pennestrì
Venerdì 08/11/2019 - Lezioni parte II, Prof. Ettore Pennestrì

SETTIMANA VIII
Mercoledì 13/11/2019 - Lezioni parte II, Prof. Ettore Pennestrì
Giovedì 14/11/2019 - Lezioni parte I, Prof. Pier Paolo Valentini - si consiglia di portare in aula un calcolatore elettronico
Venerdì 15/11/2019 - Lezioni parte II, Ing. Marco Cirelli

SETTIMANA IX
Mercoledì 20/11/2019 - Lezioni parte II, Prof. Ettore Pennestrì
Giovedì 21/11/2019 - NESSUNA LEZIONE
Venerdì 22/11/2019 - Lezioni parte II, Prof. Ettore Pennestrì

SETTIMANA X
Mercoledì 27/11/2019 - Lezioni parte I, Prof. Pier Paolo Valentini - si consiglia di portare in aula un calcolatore elettronico
Giovedì 28/11/2019 - Lezioni parte I, Prof. Pier Paolo Valentini - si consiglia di portare in aula un calcolatore elettronico e scaricare il file dell'esercitazione
Venerdì 29/11/2019 - Lezioni parte II, Prof. Ettore Pennestrì

SETTIMANA XI
Mercoledì 04/12/2019 -Lezioni parte II, Prof. Ettore Pennestrì
Giovedì 05/12/2019 - Lezioni parte I, Prof. Pier Paolo Valentini - si consiglia di portare in aula un calcolatore elettronico
Venerdì 06/12/2019 - Lezioni parte II, Prof. Ettore Pennestrì

SETTIMANA XII
Mercoledì 11/12/2019 - Lezioni parte I, Prof. Pier Paolo Valentini - si consiglia di portare in aula un calcolatore elettronico
Giovedì 12/12/2019 - Lezioni parte I, Prof. Pier Paolo Valentini - si consiglia di portare in aula un calcolatore elettronico
Venerdì 13/12/2019 - Lezioni parte II, Prof. Ettore Pennestrì

SETTIMANA XIII
Mercoledì 18/12/2019 - Lezioni parte I, Prof. Pier Paolo Valentini - si consiglia di portare in aula un calcolatore elettronico
Giovedì 19/12/2019 - Lezioni parte II, Prof. Ettore Pennestrì
Venerdì 20/12/2019 - Lezioni parte II, Prof. Ettore Pennestrì

SETTIMANA XIV
Mercoledì 08/01/2020 - Lezioni parte I, Prof. Pier Paolo Valentini - si consiglia di portare in aula un calcolatore elettronico
Giovedì 09/01/2020 - Lezioni parte II, Prof. Ettore Pennestrì
Venerdì 10/01/2020 - NESSUNA LEZIONE

SETTIMANA XV
Mercoledì 15/01/2020 - Lezioni parte I, Prof. Pier Paolo Valentini - si consiglia di portare in aula un calcolatore elettronico
Giovedì 16/01/2020 - Lezioni parte II, Prof. Ettore Pennestrì
Venerdì 17/01/2020 - Lezioni parte II, Prof. Ettore Pennestrì

ORARIO DI RICEVIMENTO

Gli studenti possono richiedere un ricevimento contattando i docenti sulla piattaforma Microsoft Teams

Esempi di Raccolte dei progetti di gruppo di anni accademici passati

Progetti dell'a.a. 2018-2019

Progetti dell'a.a. 2017-2018

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: Si faccia riferimento alle informazioni condivise nell'archivo file dell'Aula Virtuale.

Presentazione: CD/DVD o chiavetta USB 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

Per conoscere le date di esame e le modalità di partecipazione si faccia riferimento all'aulta Virtuale MS-TEAMS