Esculapio

L'analisi non lineare delle strutture è una metodologia utilizzata per valutare il comportamento delle strutture sotto carichi che provocano deformazioni significative o comportamenti non lineari dei materiali. Mentre l'analisi lineare assume che le deformazioni siano proporzionali agli sforzi applicati e che il materiale sia completamente elastico, l'analisi non lineare tiene conto di effetti quali il comportamento plastico dei materiali, il rigetto, le grandi deformazioni e le variazioni di rigidità. L'analisi non lineare delle strutture può essere condotta utilizzando metodi numerici avanzati come l'analisi agli elementi finiti (FEA) o l'analisi agli elementi discreti (DEA). Questi metodi consentono di suddividere la struttura in elementi più piccoli per modellare il suo comportamento complesso in modo più accurato. L'analisi non lineare delle strutture è particolarmente importante quando si progettano strutture soggette a carichi estremi o quando si desidera valutare il comportamento di strutture esistenti in situazioni di non linearità. Tuttavia, richiede competenze specializzate e può richiedere un notevole sforzo computazionale, specialmente per modelli dettagliati o complessi.

La meccanica computazionale, anche conosciuta come analisi numerica o simulazione numerica, è una disciplina che combina la teoria meccanica con l'uso di algoritmi e tecniche computazionali per risolvere problemi ingegneristici complessi. Utilizza metodi matematici e algoritmi per approssimare soluzioni a problemi di ingegneria che coinvolgono il comportamento dei materiali, la deformazione strutturale, il flusso dei fluidi, il trasferimento di calore e altre fenomenologie fisiche. La meccanica computazionale utilizza principalmente metodi numerici per risolvere le equazioni differenziali parziali che descrivono il comportamento dei sistemi fisici. Questi metodi comprendono l'elemento finito, il metodo dei volumi finiti, il metodo delle differenze finite e altri. Attraverso la discretizzazione dello spazio e del tempo, i problemi complessi possono essere suddivisi in problemi più semplici che possono essere risolti utilizzando calcolatori ad alte prestazioni. L'applicazione della meccanica computazionale è ampia e copre molti settori dell'ingegneria, come l'aerospaziale, l'automobilistico, il civile, il meccanico, l'elettrico e l'energetico. Attraverso la simulazione numerica, è possibile analizzare il comportamento dei sistemi ingegneristici sotto differenti condizioni operative, ottimizzare il design dei componenti, valutare la sicurezza strutturale, prevedere la durata dei materiali e molto altro. Inoltre, la meccanica computazionale ha un ruolo importante nella ricerca scientifica, poiché permette di studiare fenomeni complessi che non possono essere facilmente analizzati tramite metodi tradizionali. Ad esempio, nella meccanica dei fluidi computazionale, si simulano i flussi di fluidi attraverso geometrie complesse, consentendo di studiare l'aerodinamica degli aerei, la dinamica dei fluidi in sistemi di tubazioni e molto altro.

La Scienza delle Costruzioni 2 è un ramo dell'ingegneria civile che si occupa dell'analisi dei comportamenti strutturali avanzati e complessi delle costruzioni. È una continuazione del corso di Scienza delle Costruzioni 1, che fornisce le basi teoriche e i principi fondamentali per l'analisi delle strutture. In Scienza delle Costruzioni 2, si studiano principalmente le strutture più complesse, come ponti, grattacieli, cupole, strutture reticolari, e così via. L'obiettivo principale è comprendere il comportamento strutturale di queste costruzioni e analizzarne la stabilità, la resistenza, la flessibilità e la sicurezza sotto carichi statici e dinamici. Durante il corso, vengono approfonditi argomenti come la teoria dell'elasticità, l'analisi delle travi continue, la teoria delle piastre e delle gusci, la teoria delle travi reticolari e la teoria dei sistemi strutturali. Vengono anche introdotte metodologie di calcolo più avanzate, come i metodi degli elementi finiti, che consentono di analizzare comportamenti strutturali complessi in modo numerico. Lo studio della Scienza delle Costruzioni 2 è fondamentale per gli ingegneri civili, poiché fornisce le competenze necessarie per progettare e analizzare strutture complesse in modo sicuro ed efficiente. Gli ingegneri che si specializzano in questo settore possono lavorare nella progettazione di grandi infrastrutture, nella costruzione di edifici ad alta quota o nella progettazione di strutture speciali, come stadi o ponti sospesi. È importante sottolineare che la Scienza delle Costruzioni 2 richiede una solida base di conoscenze di matematica, fisica e meccanica delle strutture, così come una buona comprensione dei principi fondamentali della Scienza delle Costruzioni 1.

Il presente Manuale vuole essere una solida guida pratica per chi intende trasformare la propria azienda, sposando il sistema di miglioramento proposto dal WCM. Verranno spiegati i fondamentali teorici del WCM, la struttura organizzativa per il cambiamento, gli strumenti pratici per il miglioramento continuo, le modalità di applicazione e verranno presentati alcuni esempi pratici per facilitare l'implementazione. Sarà necessario partire consolidando la conoscenza della filosofia Lean e del Toyota Production System, perché il WCM trae origini e spunto proprio da questo approccio al miglioramento continuo, per poi concentrare l'attenzione sul modello di Operational Excellence proposto. Il libro è strutturato secondo uno schema progressivo, per permettere anche al lettore neofita dell'argomento di metabolizzare la conoscenza, grazie all'introduzione progressiva dei concetti: Il primo capitolo riguarda la storia ed i principi della Lean Manufacturing o Produzione Snella. Il WCM è un metodo figlio di questo approccio, il percorso verso l'eccellenza deve partire dalla solida conoscenza delle radici del metodo; Il secondo capitolo tratta il modello operativo del WCM per lo sviluppo aziendale, inquadrando in maniera complessiva la metodologia e la struttura organizzativa che ne sostiene l'evoluzione; Il terzo capitolo si concentra sui 10 pilastri (pillar) manageriali, che costituiscono il cuore della trasformazione valoriale alla base del cambiamento operativo verso l'eccellenza. Ignorare i pillar manageriali significa implementare estemporaneamente strumenti che non potranno sopravvivere nel tempo e rimanere strutturali in azienda, perché mancheranno le radici culturali e valoriali del WCM; Il quarto capitolo introduce i 10 pilastri (pillar) tecnici, cuore operativo del WCM ed elementi portanti della pratica del miglioramento. I 10 pillar individuano 10 aree, all'interno delle attività e dei processi produttivi, nelle quali affrontare il miglioramento in maniera indipendente, seguendo un disegno complessivo di governance coerente con il progresso aziendale; Il quinto capitolo fornisce gli elementi organizzativi di base e l'architettura fondante del cambiamento secondo il WCM: l'organizzazione e la gestione per pillar, l'utilizzo di diversi Kaizen per il miglioramento; Il sesto capitolo suggerisce un potenziale percorso di trasformazione aziendale secondo il WCM, un cammino progressivo verso l'Eccellenza Operativa. Questo capitolo ha lo scopo di aiutare le aziende ad introdurre il WCM secondo un approccio progressivo e scientifico, che ha già dimostrato di essere efficace. Non si tratta dell'unico sistema possibile, ma riteniamo sia quello che sfrutta al meglio le sinergie fra pillar, crescita culturale, conoscenza tecnica e consolida- mento dei risultati; L'ultimo capitolo, il settimo, è dedicato alla descrizione dettagliata degli strumenti pratici e metodologici necessari nell'applicazione efficace del WCM. Questo capitolo racchiude la parte più squisitamente operativa, ed è stato impostato per essere una guida all'utilizzo di ogni strumento descritto, oltre che un utile memory jogger per richiamare velocemente gli elementi chiave di concetti noti.

Lo studio dell'opera di Augusto Righi, l'accesso diretto a importanti fonti originali, l'ampia presa di visione della bibliografia esistente hanno consentito la realizzazione di una prima, vera, ampia biografia di questo straordinario personaggio. Fisico, matematico, ingegnere, filosofo della scienza, grande didatta, conferenziere sperimentale straordinario a Righi sono dovuti studi, ricerche, scoperte, realizzazioni, anticipazioni scientifiche e tecniche che fanno di lui uno dei maggiori scienziati della fisica del suo tempo. Senatore del Regno fu pluripremiato a livello nazionale ed internazionale, fece parte di importanti Commissioni, e a lui furono affidati compiti pubblici di altissima responsabilità. Fu uno dei fondatori della Teoria ionica ed elettronica della struttura della materia. A lui, e ad Hertz, si deve la conferma sperimentale della Teoria elettromagnetica della luce di Maxwell. Ora il suo nome è ricordato per essere stato un ispiratore del grande Guglielmo Marconi, che impiegò, nei suoi primi esperimenti di telegrafia senza fili, proprio l'oscillatore a tre scintille di Righi, ma i suoi meriti vanno al di là di questa importantissima collaborazione. A lui si devono l'impiego spettacolare e originale dei microfoni e altoparlanti per trasmettere voci e suoni a distanza, open air (in telegrafia tradizionale a fili); l'invenzione di un primo sistema di riproduzione fotostatica; l'anticipazione dell'Effetto Zeeman; l'elaborazione sin dal 1907 di un modello atomico nucleare, la costruzione dell'elettrometro ad induzione, che anticipò l'acceleratore di Van de Graaff; l'apertura dei settori della fisica dello stato solido, dei plasmi e delle microonde; notevoli i suoi contributi alla fisica matematica, tra cui la sua risoluzione generalizzata delle equazioni di Maxwell. Questi alcuni esempi che si offrono al lettore del presente volume.

Il volume si inquadra nella collana di Esercitazioni di Scienza delle Costruzioni e prende in esame il carattere aleatorio dei parametri dei modelli matematici impiegati nell'analisi strutturale e precisamente: modello meccanico o realogico del materiale; modello geometrico; modello delle azioni esterne Come è ben noto sulla base dei tre modelli si deduce la risposta strutturale in termini di spostamenti, tensioni, caratteristiche della sollecitazione e così via.

Nel presente Volume 1 è raccolta la prima parte degli argomenti delle lezioni di «Scienza delle Costruzioni» da me tenute agli Allievi Ingegneri del Politecnico di Torino. La chiave di lettura del volume ritengo che debba essere considerata il costante riferimento alla dualità, cioè a quella stretta corrispondenza tra statica e cinematica che emerge nel momento in cui si esplicitano i relativi operatori e si constata come ciascuno di essi risulti essere l'aggiunto dell'altro. Nel caso dei sistemi di corpi rigidi gli operatori sono rappresentati da due matrici algebriche (ciascuna uguale alla trasposta dell'altra), mentre nel caso dei solidi elastici (travi, lastre, corpi tridimensionali) gli operatori sono rappresentati da due matrici differenziali (ciascuna uguale alla trasposta dell'altra, a meno dei segni algebrici). La formulazione operatoriale rappresenta peraltro la via più naturale per introdurre il Metodo degli Elementi Finiti, argomento che verrà svolto all'inizio del Volume 2.

Questi due volumi scaturiscono dall'esperienza didattica maturata dallo scrivente nel corso di Dinamica delle Strutture che, a più riprese durante gli anni, ha tenuto per supplenza presso la Facoltà di Ingegneria dell'Università degli Studi di Bologna. Il titolo medesimo, Fondamenti di dinamica e vibrazione delle strutture, illumina il tema trattato e la prospettiva seguita nella scrittura di questo dittico di libri. È una selezione e una rielaborazione di appunti e schemi che, come un seme depositato nel terreno del tempo e delle opere dell'uomo, sono germogliati, cresciuti e ramificati nell'arco temporale di due lustri. Al momento, strappandoli alla fragilità degli appunti, sono ormai pronti per essere affidati alla maggiore stabilità del libro. Complessivamente, la materia è strutturata in 18 capitoli. Il primo volume è composto da 12 capitoli, il secondo da 6. L'idea principale che percorre le pagine del libro, si propone di schematizzare una struttura reale attraverso un appropriato modello analitico. Applicando, poi, a quest'ultimo le leggi della Fisica, si intende ricavare il modello matematico del sistema oggetto di studio. A partire da questa triplice azione, retta dai verbi schematizzare, applicare e ricavare, scaturisce poi la risposta strutturale, che costituisce la sintesi di qualsiasi processo di progettazione e di verifica strutturale.

ll presente volume trae origine dal corso ufficiale di Scienza delle Costruzioni, che da vari anni tengo nella Facoltà di Ingegneria dell'Università di Bologna. La materia, esposta nell'ordine seguito nelle lezioni, è strutturata in sei capitoli e due Appendici. La Scienza delle Costruzioni è una branca dell'ingegneria civile che si occupa di studiare il comportamento delle strutture edifici, ponti, dighe etc. sia dal punto di vista statico che dinamico. Questo campo di studio è fondamentale per garantire la sicurezza delle costruzioni e degli edifici e per evitare incidenti e crolli. La Scienza delle Costruzioni si basa sulla meccanica dei solidi, una disciplina che studia le forze e le deformazioni dei corpi solidi. Gli ingegneri civili utilizzano le leggi della meccanica dei solidi per progettare strutture resistenti, stabili e sicure. In particolare, la Scienza delle Costruzioni si occupa di analizzare le proprietà dei materiali da costruzione, come il cemento, l'acciaio e il legno, e di progettare strutture in grado di resistere alle forze esterne, come il vento, la neve, le vibrazioni e i terremoti. Gli ingegneri civili devono anche tenere conto degli effetti del tempo e dell'usura sulle strutture, in modo da garantire la loro durata nel tempo. La teoria dell'elasticità è una branca della meccanica dei solidi che si occupa di studiare il comportamento dei corpi solidi quando vengono sottoposti a forze esterne. In particolare, la teoria dell'elasticità studia il modo in cui i corpi solidi si deformano e si riprendono dopo che le forze esterne vengono rimosse. Gli ingegneri civili utilizzano la teoria dell'elasticità per progettare strutture resistenti e sicure, prevedere la deformazione e la resistenza dei materiali da costruzione e calcolare lo sforzo necessario per deformare un corpo solido fino a una certa quantità. La teoria dell'elasticità è stata sviluppata per la prima volta nel XVII secolo da Robert Hooke e Isaac Newton e ha trovato molte applicazioni pratiche nel campo dell'ingegneria civile, dell'aerospaziale, della meccanica e della tecnologia dei materiali.

La teoria della trave è una branca della meccanica dei solidi che si occupa dello studio del comportamento delle travi, ovvero elementi strutturali che trasmettono carichi principalmente sotto forma di sforzi di taglio e flessione. La teoria della trave si basa sull'ipotesi che la sezione trasversale di una trave rimanga piana e che le deformazioni siano trascurabili rispetto alle dimensioni della trave stessa. Grazie a questa teoria è possibile calcolare gli sforzi e le deformazioni nelle travi, e progettare strutture resistenti e sicure.

Nella seconda tappa di questo unico itinerario che si sta seguendo, scandita in sei percorsi, il protagonista principale è il sistema continuo. Quest'ultimo assume le sembianze di un elemento strutturale, ad esempio di trave, di fune, di membrana, di piastra oppure di telaio, di strato di terreno, di parete e così via. Il comportamento dinamico di tali sistemi è sempre descritto da equazioni differenziali alle derivate parziali poiché le variabili coinvolte nelle equazioni di equilibrio, di congruenza e di legame elastico, dipendono sia da variabili spaziali che da variabili temporali. Il volume secondo inizia con le vibrazioni longitudinali delle travi e prosegue con la trattazione unificata di differenti sistemi continui. Nei due capitoli successivi vengono analizzate le piccole oscillazioni trasversali delle travi, delle membrane e delle piastre, nell'intorno della configurazione di equilibrio stabile. Il principio di Hamilton attraversa idealmente i primi quattro capitoli del secondo volume e permette la deduzione dell'equazione fondamentale per i vari elementi strutturali esaminati (trave, fune, membrana, piastra). Le variabili e le equazioni dei suddetti modelli strutturali sono raccolte nello schema delle teorie fisiche denominato anche diagramma di Tonti, in onore dello studioso e scopritore che lo portò alla luce. Si giunge al Cap.5 dove viene trattata la Dinamica aleatoria. Qui i parametri dei modelli sono considerati incerti per cui la risposta dell'oscillatore ad esempio riveste carattere aleatorio. Opportuno spazio è dedicato alle nozioni di probabilità, di variabile aleatoria e di processo stocastico. Il tema centrale dell'ultimo capitolo del secondo volume riguarda l'identificazione dei parametri di un sistema. Il legame tra le variabili di ingresso e di uscita viene descritto seguendo le indicazioni della teoria dei Sistema, la quale coinvolge i modelli spaziale, modale e delle funzioni di trasferimento.