INTRODUCTION TO STRUCTURAL MECHANICS

12 CFU - Insegnamento annuale

Docenti titolari dell'insegnamento

FRANCESCO CANNIZZARO - Modulo STATICS - ICAR/08 - 8 CFU
SILVIO CHERUBINI - Modulo MECHANICS - FIS/01 - 4 CFU

Obiettivi formativi

STATICS
Il modulo di Statica si prefigge di fornire agli allievi della Scuola di Architettura le conoscenze di base della meccanica delle strutture, in vista degli studi futuri di Scienza delle Costruzioni e di Tecnica delle Costruzioni.

In particolare, come si evince dal programma sotto riportato, dopo aver affrontato gli argomenti propedeutici essenziali, inerenti l’equilibrio, la statica e la cinematica dei corpi rigidi, si perverrà all’analisi di varie tipologie di strutture piane soggette a sistemi di forze contenuti nel piano (travi, telai, strutture articolate, travature reticolari, archi).

Si tratterà della loro classificazione, caratterizzazione in base all’analisi cinematica, nonché della determinazione delle reazioni vincolari e delle caratteristiche della sollecitazione.

Infine, una parte del corso verrà dedicata ad una serie di argomenti, che svolgeranno un ruolo chiave nell’analisi dello stato tensionale e deformativo delle strutture nei corsi futuri, inerenti il calcolo delle proprietà geometriche delle figure piane e che costituiscono la cosiddetta “geometria delle aree”.
MECHANICS
Allow students to understand the scientific basis of modern technologies commonly used in professional practice and research.

Modalità di svolgimento dell'insegnamento

STATICS
Lezioni frontali (con la possibilità di essere seguite anche a distanza, qualora le disposizioni anti-Covid di Ateneo la preveda) e ricevimento studenti. E' inoltre prevista la registrazione delle lezioni che potranno essere riviste a posteriori (anche in questo caso la possibilità è legata alle disposizioni anti-Covid di Ateneo). Le lezioni saranno svolte mediante l'ausilio ti una tavoletta grafica, e tutto ciò che sarà proiettato sarà fornito come materiale didattico.
MECHANICS
Classes and tutoring activities. Lessons will take place in physical presence or in blended teaching mode, depending on the evolution of the Covid-19 pandemic.

Prerequisiti richiesti

STATICS
I prerequisiti richiesti agli allievi sono le nozioni di base di analisi matematica, già acquisite durante il primo anno di studi, e nell'ambito del modulo di fondamenti di meccanica dello stesso corso. Alcuni concetti, già affrontati nel modulo di fondamenti di meccanica vengono ripresi e rivisti sotto una luce diversa, anche in vista della loro importanza, come per esempio il calcolo vettoriale. E' previsto che alcuni insegnamenti del primo anno di corso siano propedeutici.
MECHANICS
A knowledge of basic maths, calculus and geometry is required.

Frequenza lezioni

STATICS
La frequenza delle lezioni è fortemente consigliata per l'apprendimento di una materia ricca di nozioni nuove e reperibili solo consultando i diversi testi indicati in bibliografia.
MECHANICS
The participation, in presence or on-line in real time, is strongly recommended. In spite of the availibility of slides notes and recordings of the lectures (these are personal intellectual property of the teacher, hence protected by the intellectual property copyright law, must not be distributed in any way and by any means: they can only be used by the students of the Università di Catania) the participation in real time to the lectures is the only way to take real profit from the presence of a teacher in front of you (though, maybe, kilometers away).

Contenuti del corso

STATICS
1. Elementi di teoria dei vettori e di statica grafica (materiale didattico fornito nella pagina del corso e testi di riferimento)
Poligono delle forze; scomposizione di una forza lungo due direzioni assegnate; definizione di momento e di coppia; risultante e momento risultante di un sistema di forze; coppia di trasporto; sistema di forze equivalente; asse centrale; poligono funicolare.

2.Equazioni cardinali della statica (materiale didattico fornito nella pagina del corso e testi di riferimento)

Definizione di corpo rigido; i principi della dinamica; condizione di equilibrio alla traslazione ed alla rotazione; formulazione grafica dell’equilibrio; applicazioni grafiche ed analitiche.

3.Statica e cinematica dei corpi rigidi vincolati (materiale didattico fornito nella pagina del corso e testi di riferimento)

Definizione di vincolo; caratterizzazione statica e cinematica dei vincoli esterni; cenni di cinematica del corpo rigido; centro assoluto di rotazione; sistemi isostatici, iperstatici e labili; determinazione grafica ed analitica delle reazioni vincolari di un corpo rigido isostatico; elementi monodimensionali; problemi piani; le caratteristiche della sollecitazione; equazioni indefinite di equilibrio per la trave piana; caratterizzazione statica e cinematica dei vincoli interni; sistemi articolati; reazioni vincolari interne; equilibrio dei sistemi articolati; metodo dell’equazione ausiliaria; metodo grafico; sistemi simmetrici ed emisimmetrici; analisi cinematica di strutture articolate; gli spostamenti virtuali; il concetto di congruenza; centro relativo di rotazione; le catene cinematiche; teoremi di Chasles e Kennedy; dualità statico-cinematica; principio dei lavori virtuali per i corpi rigidi; calcolo delle reazioni vincolari e delle caratteristiche della sollecitazione con il principio dei lavori virtuali; applicazioni.

4.Tipologie strutturali isostatiche (materiale didattico fornito nella pagina del corso e testi di riferimento)

Le travature reticolari; il metodo dell’equilibrio ai nodi; il metodo della sezione di Ritter; il calcolo automatico delle travature reticolari; le capriate; le travi Gerber; l’arco ed il suo funzionamento statico; realtà fisica e modelli dei problemi strutturali.

5.Geometria delle aree (materiale didattico fornito nella pagina del corso e testi di riferimento)

Baricentro di sistemi materiali discreti e continui: determinazione grafica ed analitica; momento statico; momenti di inerzia; teorema di Huygens; momenti ed assi principali d’inerzia; ellisse centrale d’inerzia; polarità ed antipolarità rispetto all’ellisse centrale d’inerzia; il nocciolo centrale d’inerzia; applicazioni alle sezioni notevoli.
MECHANICS
Physics will be presented to the students not as a collection of abstract formulas and ideas, as it is often perceived by students like those that are graduating in "Architecture", but as a tool for understanding the world around us and as a cultural basis for mastering and properly use modern advanced technologies now in daily use.

Testi di riferimento

STATICS
1) J.L. Meriam, L.G. Kraige Statics (7th edition), Wiley

2) A. Greco, Scienza delle Costruzioni, Aracne Editrice, 2012

3) E. Viola. Esercitazioni di scienza delle costruzioni – vol.1: strutture isostatiche e geometria delle masse. Pitagora, 1977.
MECHANICS
Any book is accepted, provided it is a university level one. The concepts developped in this course are indeed indipendent from the Author views or research as we are dealing with well established classical physics subjects.

Anyway, the course will more closely follow these textbooks:

Physics, Alonso-Finn, English and Spanish edition available at Addison-Wesley

Physics2000, HR Huggins, Moose Mountain Digital Press, available at www.physics2000.com

Fisica, P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci, SES (in italian)

Problemi di Fisica Generale, Rosati- Casali, CEA (Italian)

Altro materiale didattico

STATICS
Il materiale didattico è disponibile sulla pagina del corso sulla piattaforma Studium (https://studium.unict.it/dokeos/2021/courses/20117/)
MECHANICS
Lecture slides and notes in case distributed. Please note the previous comments concerning the intellectual property copyright mentioned above.

Programmazione del corso

STATICS
	Argomenti	Riferimenti testi
1	Elementi di teoria dei vettori e di statica grafica	Materiale distribuito sulla pagina del corso
2	Equazioni cardinali della statica	Materiale distribuito sulla pagina del corso
3	Statica e cinematica dei corpi rigidi vincolati	Materiale distribuito sulla pagina del corso
4	Tipologie strutturali isostatiche	Materiale distribuito sulla pagina del corso
5	Geometria delle aree	Materiale distribuito sulla pagina del corso
MECHANICS
	Argomenti	Riferimenti testi
1	Physical quantities, System of units of measure	Any of the suggested textbooks
2	Vector algebra	Any of the suggested textbooks
3	Kinematics of a point mass as an approximation of a real body motion	Any of the suggested textbooks
4	Dynamics: from point mass to many body systems. Forces, momentum, energy and work as unifying concepts of Physics	Any of the suggested textbooks
5	Conservation laws and their application to simple problems and to complex systems: fluids, rigid bodies, thermodynamics	Any of the suggested textbooks

Verifica dell'apprendimento

MODALITÀ DI VERIFICA DELL'APPRENDIMENTO

STATICS
Svolgimento di esercizi e domande orali
MECHANICS
Written and/or oral exams. In any case the solution of simple problems will be required. Examination procedures can be changed at any time should the pandemic situation change during the academic year.

ESEMPI DI DOMANDE E/O ESERCIZI FREQUENTI

STATICS
Consultare la pagina del corso in cui sono riportati testi d'esame degli anni precedenti
MECHANICS
Energy and momentum conservation. Forces. Vector algebra. kinematics. Mechanics of fluids.

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