Ingegneria delle Nanotecnologie - Nanotechnology Engineering

Modulo 1 – Cinematica e Dinamica del corpo rigido (4 ore) Cinematica e dinamica del corpo rigido. Equazioni della dinamica scritte in coordinate corpo. Esercitazioni MATLAB: simulazioni numeriche di moti vincolati e liberi. Modulo 2 – Dinamica di sistemi ad un grado di libertà (8 ore) Problema libero e forzato con e senza smorzamento. Smorzamento viscoso e strutturale. Risposte al gradino, all’impulso e a forzanti armoniche. Funzione di risposta in frequenza. Esercitazioni MATLAB: implementazione delle equazioni del moto e confronto con la soluzione teorica. Modulo 3 – Dinamica di sistemi a più gradi di libertà (10 ore) Formulazione di d’Alembert e di Lagrange. Matrici di massa, smorzamento e rigidezza. Modi naturali e frequenze naturali di vibrazione. Sistemi forzati e analisi modale. Smorzamento viscoso, proporzionale e strutturale. Matrice delle funzioni di risposta in frequenza. Risposta SISO, SIMO e MIMO, risposta a eccitazione random e matrice delle densità spettrali di potenza. Cenni all’identificazione dei parametri modali. Esercitazioni MATLAB e FEM: calcolo dei modi propri e analisi modale di sistemi discreti. Modulo 4 – Dinamica dei sistemi continui (10 ore) Vibrazioni della corda, aste, alberi, travi, membrane e piastre. Autofunzioni e frequenze naturali di vibrazione. Analisi modale e funzione di risposta complessa in frequenza. Risposta ad eccitazione random. Esercitazioni FEM: analisi modale di travi e piastre. Modulo 5 – Isolamento e controllo delle vibrazioni (8 ore) Tecniche di isolamento all’urto, isolamento a bassa e alta frequenza. Stabilità dei sistemi dinamici. Analisi dei sistemi in controreazione e regolatori PID. Esercitazioni MATLAB: simulazione di sistemi isolati e controllo PID. Modulo 6 – Analisi dei segnali (8 ore) Serie e trasformata di Fourier, trasformata discreta e FFT. Convoluzione, campionamento dei segnali, teorema di Nyquist-Shannon e aliasing. Cenni di statistica e teoria della probabilità per segnali random. Funzioni random stazionarie ed ergodiche, correlazione e densità spettrale di potenza. Esercitazioni MATLAB: analisi in frequenza di segnali e teorema di campionamento. Modulo 7 – Microcontrollori e meccatronica applicata (12 ore) Introduzione al microcontrollore e tool di sviluppo per la meccatronica. Architettura (CPU, memoria, PWM). Sensori base: letture digitali e analogiche (pulsanti con pull-up/pull-down, potenziometro su ADC), HC-SR04. Sensori avanzati: IMU, librerie, datasheet e calibrazione di base. Attuatori e PWM: LED dimming, buzzer, servo, motore DC; frequenza, duty cycle, sicurezza elettrica e alimentazioni separate. Controllo velocità di un motore DC con PWM e lettura di un sensore. Controllo di un sistema semplice: modellazione leggera del sistema (input-sensore, uscita -attuatore), controllo on/off con isteresi e PID semplificato. Obiettivi: configurare l’ambiente, compilare, caricare e verificare programmi semplici; interfacciare sensori e attuatori; progettare un controllo elementare in ambito meccatronico.

Conoscenza di nozioni di analisi matematica e di fisica (meccanica).

Meirovitch, L. Elements of Vibration Analysis. McGraw-Hill. Dispense del corso. Meirovitch, L. Fundamentals of Vibrations. McGraw-Hill. Rao, S.S. Mechanical Vibrations. Pearson. Clough, R.W., and Penzien, J. Dynamics of Structures. McGraw-Hill. Craig, R.R., and Kurdila, A.J. Fundamentals of Structural Dynamics. Wiley. Inman, D.J. Engineering Vibration. Pearson. Shin, Hammond, Fundamentals of Signal Processing for Sound and Vibration Engineers, Wiley Cannon, Dynamics of physical systems, Dover Khinchin, Mathematical foundation of statistical mechanics, Dover Salsa, Equazioni a derivate parziali, Springer Giua, Seatzu, Analisi dei sistemi dinamici, Springer Bolzern, Scattolini, Schiavoni, Fondamenti di controlli automatici, Mc Graw-Hill

La frequenza è consigliata

Valutazione • Prova orale: verifica teorica dei contenuti e presentazione del progetto sviluppato(K1–K2). • Prova pratica MATLAB/FEM: simulazione e interpretazione di risultati (S1–S2). • Mini progetto meccatronico: controllo elementare con microcontrollore (S3, J1).

Bibliografia / Bibliography Riferimenti generali / General References Meirovitch, L. Elements of Vibration Analysis. McGraw-Hill. Meirovitch, L. Fundamentals of Vibrations. McGraw-Hill. Rao, S.S. Mechanical Vibrations. Pearson. Clough, R.W., and Penzien, J. Dynamics of Structures. McGraw-Hill. Craig, R.R., and Kurdila, A.J. Fundamentals of Structural Dynamics. Wiley. Inman, D.J. Engineering Vibration. Pearson. Modulo 1 – Cinematica e Dinamica del corpo rigido / Kinematics and Dynamics of the Rigid Body Goldstein, H. Classical Mechanics. Addison-Wesley. Shames, I.H. Engineering Mechanics: Dynamics. Prentice Hall. Meirovitch, L. Elements of Vibration Analysis. McGraw-Hill. Modulo 2 – Dinamica di sistemi ad un grado di libertà / Dynamics of Single Degree of Freedom Systems Rao, S.S. Mechanical Vibrations. Pearson. Meirovitch, L. Elements of Vibration Analysis. McGraw-Hill. Inman, D.J. Engineering Vibration. Pearson. Modulo 3 – Dinamica di sistemi a più gradi di libertà / Dynamics of Multi Degree of Freedom Systems Clough, R.W., and Penzien, J. Dynamics of Structures. McGraw-Hill. Meirovitch, L. Fundamentals of Vibrations. McGraw-Hill. Craig, R.R., and Kurdila, A.J. Fundamentals of Structural Dynamics. Wiley. Modulo 4 – Dinamica dei sistemi continui / Dynamics of Continuous Systems Meirovitch, L. Analytical Methods in Vibrations. Macmillan. Leissa, A.W. Vibration of Plates. NASA SP-160. Lyon, R.H., and DeJong, R.G. Theory and Application of Statistical Energy Analysis. Butterworth-Heinemann. Modulo 5 – Isolamento e controllo delle vibrazioni / Vibration Isolation and Control Den Hartog, J.P. Mechanical Vibrations. McGraw-Hill. Inman, D.J. Vibration with Control. Pearson. Ogata, K. Modern Control Engineering. Prentice Hall. Modulo 6 – Analisi dei segnali / Signal Analysis Oppenheim, A.V., and Schafer, R.W. Discrete-Time Signal Processing. Prentice Hall. Bendat, J.S., and Piersol, A.G. Random Data: Analysis and Measurement Procedures. Wiley. Papoulis, A. Probability, Random Variables, and Stochastic Processes. McGraw-Hill. Modulo 7 – Microcontrollori e meccatronica applicata / Microcontrollers and Applied Mechatronics Barrett, S.F. Arduino Microcontroller: Processing for Everyone!. Morgan & Claypool. Monk, S. Programming Arduino: Getting Started with Sketches. McGraw-Hill. Baldi, G., and Marinoni, M. Sistemi Meccatronici. McGraw-Hill Italia. Official datasheets: Arduino Uno, STM32, HC-SR04, MPU6050, NTC (manufacturer documentation).

Modalità didattiche • Lezioni frontali con supporto multimediale. • Esercitazioni numeriche e di simulazione in ambiente MATLAB. • Esercitazioni su microcontrollori. • Analisi FEM su modelli semplici .