Appunti di fondamenti di meccanica strutturale
Corso di laurea in ingegneria meccanica
Prof. C. Delprete
A cura di Andrea Bertoglio
Teoria + Esercizi
Colori utilizzati
- Verde: Titoli + Cose importanti
- Arancio: Titoli e sottotitoli
- Giallo: Esempi
- Azzurro: Esercizi e esercitazioni (contrassegnate con una linea azzurra a lato pagina)
Fondamenti di meccanica strutturale
Sistema meccanico
Porzione di macchina/struttura con una funzione precisa.
Equilibrio statico
Nessuna accelerazione.
Equilibrio dinamico (non in questo corso)
Si accelerazione.
∑i=1n Fi = 0
Azioni
- Azione attive (carichi)
- Azione reattive (reazioni vincolari)
Punto materiale
3 gradi di libertà (3 direzioni)
Corpo rigido
6 gradi di libertà (3 traslazioni + 3 rotazioni)
Corpi deformabili
- Spostamento origine
Ipotesi semplificative
- Deformazioni piccole (stesso sistema di riferimento)
- Vincoli ideali (reazioni vincolari)
- Forze idealizzate
Carichi
Devono essere più possibile realistici → Grado di approssimazione
Spesso non sono noti a priori (es. vento)
Forze
- Superficiali: distribuite (agiscono su tutti i punti infinitesimi)
- Volume: concentrate (in un solo punto ideale)
Momenti (coppie)
- Forze dotate di bracci
- Momenti puri
Esempio di semplificazione con sistema di forze equivalenti
Margini e coefficiente di sicurezza
Risultante di forze parallele
Aggiungendo vincoli si tolgono gradi di libertà e si aggiungono reazioni vincolari. Obiettivo: determinare il diagramma di corpo libero in equilibrio statico.
Gradi di libertà
- 3 nel piano (trasl. x e y/rotazione intorno a z)
- 6 nello spazio (3 traslazioni/3 rotazioni)
Vincoli
Condizioni cinematiche che impediscono alcuni (o tutti) i G.d.L
- Sistema isostatico (vincoli sufficienti a sopprimere tutti i G.d.L)
- Sistema labile (numero di vincoli inferiore ai G.d.L)
- Sistema iperstatico (vincoli sovrabbondanti)
Devono essere efficaci e ideali:
- Olonomi (di posizione)
- Reali (non cedevole)
- Bilaterali (fronte-retro)
- Senza attrito
- Fissi
- Puntiformi
Trave
Una dimensione >> altre 2
Calcolo reazioni vincolari
- Sostituire ai vincoli le reazioni vincolari
- Sistema di equazioni di equilibrio
- Riscrivere i diagrammi di corpo libero
Carico uniformemente distribuito
HA = 0 ↑ VA + (∫ q dx) = 0 ⇒ VA - qℓ = 0
A) MA + (∫ q x dx) = 0 ⇒ MA - q ℓ2/2 = 0
Note: MA = qℓ ℓ/2 braccio di risultante al centro di massa
Trave appoggiata con carico uniformemente distribuito
HA = 0
↑ VA + VB - qℓ = 0
A) VB ℓ - q ℓ ℓ/2 = 0
HA = 0
VB = q ℓ/2
VA = q ℓ - q ℓ/2 = qℓ/2
Trave appoggiata con carichi concentrati
HB + F3 = 0
↑ VA + VB - F1 - F2 = 0
B) -VA - 2F3 + F1 - F2' = 0
HB = -F3
VA = F1 - F2/2
VB = F1 + 3F2/2
DCL F1 + F2/2 F3 F1 + 3F2/2 F3
Sistemi articolati
Formati da corpi (ciascuno con i suoi GdL) interconnessi da giunti
Grado di iperstaticità
G = 3i + 2ce + 2(1-4)ci + 1ap
- Incastro
- Cerniera esterna
- Cerniera interna
- Appoggi
GDL Tot = m-n
Numero GdL = Numero corpi = Tot movimenti possibili
G = 0 isostatico
G < 0 labile
G > 0 iperstatico (se G > 0, G numero incognite da determinare)
Reazioni vincolari in sistemi articolati
- Metodo equazione ausiliaria
- Metodo sottostrutture
ES: 3 equazioni e 4 incognite: manca un'equazione - Equazione ausiliaria (solo di un pezzo di struttura) c): HA + 3L - VA L = 0 → per il tratto
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