Meccanica applicata e progettazione completo

Set domande: Meccanica applicata e progettazione

Ingegneria industriale (D.M. 270/04)

Docente: Prof. Luca Carbonari

Lezione 001

• 01. Un esempio di macchina motrice è:
  • Nessuna delle precedenti.
  • La fresa automatica.
  • La pompa idraulica.
  • La turbina Pelton.
• 02. A differenza delle macchine motrici, le macchine generatrici trasformano:
  • L'energia meccanica in altre forme di energia.
  • L'energia termica in energia meccanica.
  • L'energia elettrica in energia termica.
  • Nessuna delle precedenti.
• 03. Le macchine energetiche:
  • Si dividono in motrici e generatrici.
  • Comprendono soltanto macchine elettriche.
  • Sono destinate alla creazione di energia.
  • Nessuna delle precedenti.
• 04. Le macchine operatrici:
  • Nessuna delle precedenti.
  • Sono destinate ad operazioni di trasformazione energetiche.
  • Sono destinate alla realizzazione di operazioni specifiche diverse da semplici trasformazioni di energia.
  • Sono destinate alla creazione di energia.
• 05. Descrivere sinteticamente i contenuti delle varie fasi della progettazione di un sistema meccanico che soddisfi la seguente richiesta da parte del committente: "Necessito di una macchina che mi consenta di scaricare o caricare velocemente i container di una nave mercantile."
• 06. Classificare le seguenti macchine:
  • Escavatore
  • Compressore alternativo a pistoni
  • Calandratrice
  • Turbina a gas
  • Motore a reazione
  • Generatore elettrico eolico
  • Turbina idraulica Kaplan
  • Tornio

Identificazione dei requisiti e delle necessità del committente: una macchina motrice in grado di sollevare e spostare mezzi pesanti per medio lunghe distanze;

Studio dello stato dell’arte: tipologia di gru o di muletti aventi un braccio di media lunga lunghezza;

Definizione degli obiettivi: il sistema deve saper raggiungere gli agganci dei container, sollevare quest’ultimi in modo uniforme, consentirne uno spostamento e un ricollocamento che non alteri lo stato interno del container;

Definizione delle specifiche: la macchina deve essere provvista di un braccio meccanico, un sistema di rotazione del braccio e con la possibilità di movimento;

Ideazione e invenzione: l’idea è quella di un mezzo autoarticolato gommato con un braccio meccanico estensibile in grado di ruotare. In alternativa una gru fissa con braccio di grande gittata ed un sistema di sollevamento con carrucole;

Analisi: la funzionalità della prima soluzione progettuale consente spostamenti su lunghi tragitti, mentre la seconda idea è applicabile su un raggio d’azione esteso ma limitato; dunque si opta per un mezzo fisso che abbia il raggio d’azione limitato all’attività portuaria se la banchina è destinata al solo carico e scarico merci, altrimenti al mezzo di locomozione con annessa piattaforma per consentire il trasporto di più container;

Selezione: analizzando la condizione ambientale (ad esempio porto privo di zona carico e scarico merci) si opta per il mezzo gommato autoarticolato;

Progettazione dettagliata: si effettua dei disegni al dettaglio del macchinaggio, con lo studio strutturale del sistema di sollevamento e il calcolo della portata massima di trasporto.

Le macchine energetiche si dividono in motrici e generatrici a seconda la trasformazione dell’energia; a fluido o elettriche a seconda della metodologia di alimentazione. Tra le macchine operatrici: escavatore, calandratrice, tornio. Tra le macchina motrici: compressore alternativo a pistoni, motore a reazione. Tra le macchina generatrici: turbina a gas, generatore elettrico eolico, turbina idraulica Kaplan.

Lezione 002

• 01. Lo studio cinematico viene detto diretto se:
  • Nessuna delle precedenti.
  • A partire dalla conoscenza del moto dei motori, viene calcolato il movimento in uscita della macchina.
  • A partire dalla conoscenza delle forze esterne, viene calcolato l'atto di moto dei membri.
  • A partire dalla conoscenza del movimento in uscita della macchina, viene calcolato il moto dei motori.
• 02. Dal punto di vista matematico, il problema dell'analisi statica:
  • Consiste nella risoluzione di un sistema di equazioni algebriche polinomiali di grado 2.
  • Nessuna delle precedenti.
  • Consiste nella risoluzione di un sistema di equazioni algebriche fortemente non lineari.
  • Consiste nella risoluzione di un sistema di equazioni algebriche lineari.
• 03. Il regime di moto ciclico si dice alternativo se:
  • Il movimento dei membri è diverso ad ogni ciclo.
  • Può avvenire in sostituzione del moto a regime periodico.
  • Ad ogni ciclo si inverte il verso di movimento.
  • Nessuna delle precedenti.
• 04. Lo studio cinematico viene detto inverso se:
  • A partire dalla conoscenza del movimento in uscita della macchina, viene calcolato il moto dei motori.
  • A partire dalla conoscenza del moto dei motori, viene calcolato il movimento in uscita della macchina.
  • Nessuna delle precedenti.
  • A partire dalla conoscenza delle forze esterne, viene calcolato l'atto di moto dei membri.
• 05. Il moto a regime si dice periodico
  • Se l'atto di moto non è uniforme.
  • Se l'atto di moto di tutti i membri si ripete dopo un intervallo di tempo (periodo).
  • Nessuna delle precedenti.
  • Se l'atto di moto di almeno uno dei membri si ripete dopo un intervallo di tempo (periodo).
• 06. Il moto a regime si dice uniforme o assoluto:
  • Se l'atto di moto si ripete ciclicamente.
  • Se l'atto di moto di del membro movente si mantiene costante in qualunque intervallo di tempo.
  • Nessuna delle precedenti.
  • Se l'atto di moto di tutti i membri si mantiene costante in qualunque intervallo di tempo.
• 07. Il regime di moto ciclico si dice continuativo se:
  • Nessuna delle precedenti.
  • Alla fine di ogni successivo ciclo si arresta e poi riparte.
  • Durante ogni successivo ciclo si arresta per breve tempo.
  • Durante ogni successivo ciclo non si arresta;
• 08. Il regime di moto ciclico si dice intermittente se:
  • Durante ogni ciclo cala di intensità senza arrestarsi mai.
  • Nessuna delle precedenti.
  • Durante ogni ciclo si arresta per un intervallo di tempo infinito;
  • Durante ogni ciclo si arresta per un intervallo di tempo finito;
• 09. Il regime di moto transitorio:
  • Si verifica nella fase di avviamento o di arresto delle macchine.
  • Si ripete dopo un intervallo di tempo detto periodo.
  • È anche detto uniforme o assoluto.
  • Nessuna delle precedenti.
• 10. Nello studio della Meccanica delle Macchine, quali sono le differenze tra un problema di analisi e un problema di sintesi?
• 11. Nello studio della Meccanica delle Macchine, quali sono le differenze tra uno studio cinematico e uno studio dinamico?
• 12. Descrivere, fornendo esempi, un problema di analisi cinematica inversa e uno di analisi dinamica diretta.
• 13. Dare la definizione di moto in transitorio, moto a regime, moto ciclico.

10) I problemi tipici che riguardano la meccanica applicata sono i problemi di analisi e quelli di sintesi. I primi consistono nel determinare la legge del moto dei punti di ogni membro e le forze e coppie agenti sui vari membri. Nei secondi la sintesi consiste nel creare il meccanismo che soddisfi le specifiche di progetto, ovvero i requisiti di partenza. Le specifiche di progetto possono consistere nella legge del movimento di uno o più punti del meccanismo, negli angoli di trasmissione, nella posizione dei perni a telaio, ecc.

11) Studio cinematico: studio del movimento senza tener conto delle forze che lo producono; in genere si assume l’ipotesi dei corpi rigidi e le masse ininfluenti. Studio dinamico: studio della trasmissione del movimento sotto l’azione delle forze applicate.

12) L’analisi cinematica inversa si parte dal movimento in uscita della macchina e si ottengono le relazioni del moto dei motori, in particolare ad esempio le velocità dei motori che imprimono alla pinza un’azione assegnata nello spazio di lavoro. L’analisi dinamica diretta ha come obiettivo la determinazione della legge del moto (spostamenti, velocità, accelerazioni) e dello stato di sollecitazione (tensioni, deformazioni) dei membri di un meccanismo elastico in movimento in funzione delle forze esterne a cui lo stesso è soggetto, includendo gli effetti delle deformazioni elastiche sulle forze d'inerzia. Un esempio è la determinazione della coppia motrice di un autoveicolo che imprime sullo stesso un’accelerazione assegnata e la sua corrispondente velocità.

13) Il moto in transitorio si verifica nella fase di avviamento o di arresto delle macchine ed è generalmente un moto vario. Nel moto a regime è possibile distinguere in uniforme o assoluto, se l’atto di moto di tutti i membri si mantiene costante in qualunque intervallo di tempo; periodico se l’atto di moto di tutti i membri si ripete dopo un intervallo di tempo (periodo). Infine, il moto si dice ciclico se, dopo l’avvio da qualsiasi posizione relativa, i membri di una macchina, passando attraverso tutte le posizioni che possono assumere, ritornano alla loro posizione relativa originale e si suddividono in tre tipologie a seconda delle fasi tra un ciclo e l’altro:

• Continuativo se durante ogni successivo ciclo non si arresta;
• Intermittente se durante ogni ciclo si arresta per un intervallo di tempo finito;
• Alternativo se ad ogni ciclo si inverte il verso di movimento.

Lezione 003

• 01. Descrivere le fasi e le relative approssimazioni presenti nel passaggio da sistema reale a modello fisico, e successivamente da modello fisico a modello matematico.
• 01) Da sistema reale a modello fisico: Con modello fisico di un sistema reale si intende un sistema fisico immaginario che, nell’ambito dell’approssimazione prefissata, sia equivalente al sistema reale, per certe sue date caratteristiche riguardanti lo studio, in un campo di funzionamento prestabilito. Il modello fisico deve essere semplice, ma deve prevedere in maniera accurata e soddisfacente il comportamento del sistema reale. Per questo passaggio possiamo assumere una serie di approssimazioni:
  • Trascurare i piccoli effetti, ovvero eliminare le interazioni tra componenti o fra il sistema e l’esterno che provochino effetti trascurabili sul comportamento del sistema;
  • Ammettere che il sistema non modifichi l’ambiente esterno e non vari quindi allo stesso tempo l’azione dell’ambiente sul sistema;
  • Sostituire caratteristiche concentrate a caratteristiche distribuite (equazioni differenziali ordinarie invece che alle derivate parziali);
  • Ammettere dipendenza lineare tra le variabili (es: molle considerate lineari anche se in realtà non lo sono);
  • Assumere parametri tempo-invarianti;
  • Trascurare incertezze e disturbi.
• Da modello fisico a modello matematico: A partire dal modello fisico si definisce il modello matematico, ossia un insieme di relazioni matematiche che descrivono il comportamento del modello fisico stesso. Le relazioni non sono univocamente definite dal modello fisico, ma dipendono anche dallo scopo per cui si effettua lo studio. Nella meccanica delle macchine si analizzano tipicamente modelli di funzionamento, ossia modelli che descrivono nel tempo tutte le variabili che caratterizzano il sistema fisico. La procedura generale consiste in:
  • Scegliere le variabili fisiche (consentono di esprimere gli scambi energetici, tra i componenti e tra questi e l’esterno, e gli accumuli di energia);
  • Imporre le condizioni di congruenza per tradurre i vincoli del sistema;
  • Imporre le condizioni di bilancio per il sistema (o bilancio energetico o delle forze, pressioni etc.);
  • Imporre le equazioni costitutive (legame tra le variabili della potenza).

Lezione 004

• 01. Un vincolo è esterno:
  • Se è dovuto alla presenza di altri corpi.
  • Se è dovuto alla costituzione dei corpi.
  • Nessuna delle precedenti.
  • Se è anolonomo.
• 02. Un vincolo bilaterale è detto olonomo:
  • Se è interno.
  • Se è non integrabile.
  • Se limita direttamente solo le velocità del sistema.
  • Nessuna delle precedenti.
• 03. Un vincolo è detto anolonomo:
  • Se risulta integrabile.
  • Se limita anche le velocità dei corpi.
  • Se non sottrae gradi di libertà al sistema.
  • Nessuna delle precedenti.
• 04. Il vincolo di corpo rigido è un esempio di vincolo:
  • Bilaterale.
  • Nessuna delle precedenti.
  • Interno.
  • Anolonomo.
• 05. Un vincolo è detto unilaterale:
  • Se è espresso da tante disequazioni quante disequazioni.
  • Nessuna delle precedenti.
  • Se è espresso da almeno 2 disequazioni.
  • Se non sottrae gradi di libertà al sistema.
• 06. Gli angoli di Eulero:
  • Sono utilizzati per esprimere l'inclinazione delle forze sviluppate nel contatto fra ruote dentate.
  • Indicano l'inclinazione delle forze agenti fra i membri di un meccanismo.
  • Sono utilizzati per rappresentare il mutuo orientamento di corpi rigidi.
  • Nessuna delle precedenti.
• 07. I 9 componenti della matrice di rotazione che esprime la rotazione di un corpo nello spazio sono legati in realtà da:
  • Nessuna delle precedenti.
  • 5 relazioni.
  • 6 relazioni.
  • 4 relazioni.
• 08. Un vincolo è interno:
  • Nessuna delle precedenti.
  • Se si esprime tra due corpi interni al sistema.
  • Se è dovuto alla presenza di altri corpi.
  • Se è dovuto alla costituzione dei corpi.
• 09. Lo spostamento relativo tra 2 corpi nello spazio in assenza di vincoli è espresso da:
  • 3 parametri.
  • 4 parametri.
  • Nessuna delle precedenti.
  • 5 parametri.
• 10. Gli angoli aeronautici descrivono l'orientamento di un sistema di riferimento:
  • Nessuna delle precedenti.
  • Sono utilizzati esclusivamente in campo aeronautico.
  • Attraverso tre successive rotazioni rispetto a sistemi di riferimento mobile.
  • Attraverso tre successive rotazioni rispetto ad un sistema di riferimento fisso.
• 11. Lo spostamento relativo tra 2 corpi nel piano in assenza di vincoli è espresso da:
  • Nessuna delle precedenti.
  • 3 parametri.
  • 6 parametri.
  • 2 parametri.
• 12. Un vincolo unilaterale:
  • Sottrae gradi di libertà al sistema.
  • Non sottrae gradi di libertà al sistema.
  • Nessuna delle precedenti.
  • Sottrae tanti gradi di libertà al sistema quante sono le disequazioni che lo rappresentano.
• 13. Un vincolo è detto bilaterale:
  • Se le restrizioni imposte al sistema si rappresentano tramite sole disequazioni.
  • Se le restrizioni imposte al sistema si rappresentano tramite equazioni e disequazioni.
  • Nessuna delle precedenti.
  • Se le restrizioni imposte al sistema si rappresentano tramite sole equazioni.
• 14. Si chiama vincolo:
  • Nessuna delle precedenti.
  • Ogni dispositivo che limita le posizioni dei punti del sistema meccanico.
  • Ogni dispositivo che limita le velocità dei punti del sistema meccanico.
  • Ogni dispositivo che limita le posizioni e/o le velocità dei punti del sistema meccanico.
• 15. Gli angoli di roll, pitch e yaw:
  • Sono utilizzati per esprimere l'inclinazione delle forze sviluppate nel contatto fra ruote dentate.
  • Indicano l'inclinazione delle forze agenti fra i membri di un meccanismo.
  • Nessuna delle precedenti.
  • Sono anche detti angoli nautici o aeronautici.
• 16. Motivare la seguente affermazione: "Il vincolo di puro rotolamento di un rullo su un piano è olonomo".
• 17. Motivare la seguente affermazione: "Il vincolo di puro rotolamento di una sfera su un piano è anolonomo".

16) Un vincolo bilaterale è detto olonomo se limita direttamente solo le posizioni del sistema e quindi non compare nella sua equazione la dipendenza dalle velocità per esempio è olonomo un vincolo che realizza la condizione di rotolamento senza strisciamento di un rullo rigido su un piano. “In generale il rullo, se vincolato a rimanere a contatto con il piano, ha 2 gradi di libertà se, invece, si impone la rotazione senza strisciamento del rullo sul piano, viene introdotta la corrispondente equazione di vincolo Vc =0 che lega la velocità di avanzamento del rullo alla sua velocità angolare”

17) Un vincolo bilaterale è detto anolonomo se limita anche le velocità dei punti oltre alle posizioni del sistema, perché un vincolo risulti effettivamente anolonomo occorre che la sua equazione di vincolo (alle derivate prime rispetto al tempo) risulti non integrabile mentre è anolonomo il vincolo di rotolamento senza strisciamento di una sfera rigida su un piano. I vincoli anolonomi, imponendo delle restrizioni solo sulle velocità dei punti del sistema, non impediscono il raggiungimento di alcuna posizione e non fanno diminuire il numero di g.d.l.

Lezione 005

• 01. Spiegare la differenza tra vincolo olonomo ed anolonomo fornendo esempi delle due tipologie.
• 02. Quali tipologie di vincoli sottraggono g.d.l. al sistema e quali invece non ne sottraggono? Motivare la risposta fornendo alcuni semplici esempi.
• 03. Spiegare la differenza tra vincolo bilaterale ed unilaterale.
• 04. Spiegare la differenza tra vincolo interno ed esterno.
• 05. Indicare come è possibile descrivere l'orientamento di una terna rispetto ad un'altra.