Il corso si caratterizza per un forte, anche se non esclusivo, contenuto strutturale.
L'obiettivo è fornire una descrizione dettagliata del sistema velivolo, una solida prepa-razione di base e un'adeguata conoscenza delle moderne tecniche di calcolo delle strutture aeronautiche, con particolare riferimento al metodo degli elementi finiti.
L'allievo alla fine del corso dovrebbe essere in grado di effettuare analisi strutturali mediante i modelli comportamentali semplificati della trave e del semiguscio ideale, entrambi in grado di cogliere i modi primari di propagazione dei carichi all'interno delle strutture (modulo A), e analisi strutturali di dettaglio conilmetodo degli elementi fmiti, anche con riferimento ai materiali compositi e ai problemi di stabilità elastica (modulo B). Completa il corso una serie di visite guidate presso aziende aerospaziali dell'area torinese e presso il museo dell'aeronautica del DIASP.
Prerequisiti
Scienza delle Costruzioni - Meccanica applicata - Meccanica del volo.
Programma
Introduzione al Corso. Contenuti. Modalità di esame.
Classificazione degli aeromobili.
Condizioni di sicurezza strutturale. Il progetto strutturale: il tema e i requisiti di speci-fica. Lefunzioni della struttura. Il compito dell'analisi strutturale. Livelli di carichi di progetto.
Prescrizioni di robustezza, rigidezza, elasticità. Concetto di struttura safelife e failsafe.
Determinazione dei carichi. Classificazione dei carichi: statici, quasistatici e dinamici.
Carichi sollecitanti in volo. Coefficienti di contingenza. Campo di sicurezza assoluto e campo di sicurezza regolamentare. Ripartizione della portanza tra l'ala e la coda.
Brusca manovra longitudinale.
Carichi termici. Principali effetti della temperatura sulle strutture.
Elementi strutturali: sollecitazioni tipiche e soluzioni usuali. Schema a trave dei prin-cipali elementi costituenti la struttura di un velivolo. Sollecitazioni tipiche agenti sul-l'ala, sugli impennaggi e sulla fusoliera. Ala e impennaggi: longheroni e centine; rive-stimenti, nervati e non; pannelli sandwich; attacchi a sforzi concentrati e diluiti; ali rastremate e/o a freccia. Fusoliera: strutture reticolari e a semiguscio. Collegamenti alafusoliera, impennaggifusoliera e relative superfici mobili.
Teoria elementare del semiguscio. Lestrutture a guscio e a guscio rinforzato (semigu-scio): le funzioni dei vari elementi. Ipotesi del semiguscio ideale. Il concetto di striscia collaborante. Richiami sulla flessione, torsione e taglio. Formule di Bredt. Stato di sol-lecitazione negli irrigidimenti di una sezione a semiguscio sollecitata a sforzo normale e momento flettente. Stato di sollecitazione nei pannelli e gradiente di torsione in una sezione a semiguscio sollecitata a 35.taglio e/o torsione: pannelli curvi sede di flusso 65
di taglio costante; centro di taglio; sezione a semiguscio aperta sollecitata a taglio;
sezione a semiguscio monocella sollecitata a taglio e/o torsione; sezione a semiguscio multicella sollecitata a taglio e/o torsione. Stato di sollecitazione nei correnti e nei pannelli delle travi a semiguscio rastremate.
La stabilità elastica. Concetti, definizioni e criteri. Rassegna fotografica di fenomeni di cedimento strutturale per instabilità dell'equilibrio. Studio della stabilità di alcuni modelli elementari.
Effetto delle imperfezioni di forma. Analisi non lineare e linearizzata della stabilità. 11 concetto di punto limite e di punto di biforcazione. Stabilità delle aste compresse:
Equazioni di stabi lità linearizzata. Carichi critici: per instabilità generale (aste lunghe e corte), locare e flessotorsionale.
Stabilità delle piastre sottili (modello piastra di Kirchhoff): Nonlinearità di tipo geome-trico; ipotesi di von Kàrmàn. Equazioni di stabilità per sollecitazione di compressione biassiale e taglio. Alcuni risulta 36.ti analitici sulle piastre rettangolari isotrope (uso di tabelle e grafici). Piastra piana sollecitata a compres sione e semplicemente appoggiata su tutti i lati. Altre condizioni di vincolo. Comportamento postcritico.
Il concetto di striscia collaborante nelle piastre compresse. Stabilità elastica delle pia-stre sollecitate a taglio puro. Campo di tensione diagonale completo e parziale.
Deformabilità dei pannelli sollecitati a taglio. Condizioni di carico combinate.
Estensione della trattazione al caso delle piastre irrigidite, sandwich e multistrato.
Il metodo degli elementi finiti. l n t roduzione al metodo degli elementi finiti.
Fondamenti del metodo: i polinomi interpolatori; la matrice di rigidezza e il vettore dei carichi nodali dell'elemento; l'as semblaggio; il calcolo degli spostamenti, delle defor-mazioni e delle tensioni. Elemento finito asta, trave, membrana triangolare e quadrila-tero in stato piano di deformazione, piastra quadrangolare in stato piano di tensione, solido parallelepipedo. Cenni sui principali codici di calcolo. Esempi di applicazioni e considerazioni conclusive.
Laboratori elo esercitazioni
Esercitazioni di calcolo: Presentazione della struttura del velivolo oggetto di calcolo nelle successive esercitazioni. Lettura e commento della Normativa: carichi sollecitanti in volo; coefficiente di contingenza; campo di sicurezza regolamentare; carichi da raffi-ca. Tracciamento dei diagrammi di mano vra, di raffica e inviluppo. Calcolo della ripar-tizione della portanza tra l'ala e la coda; tracciamento dei diagrammi delle caratteristi-che di sollecitazione lungo l'asse della semiala e della fusoliera, per una pre scelta con-dizione di carico. Calcolo dello stato di sollecitazione per flessione nei correnti di una prescelta sezione alare. Calcolo dei flussi di taglio nei pannelli di una sezione alare.
Unioni: tipologia e modidicedimento. Verifica di un attacco alare a sforzi concentrati.
Esercitazioni di laboratorio strutture: Rilievi sperimentali di deformazioni e gradienti di torsione in un cassone sottoposto a torsione. Confronto con risultati analitici.
Visite guidate Completa il modulo una serie divisite guidate presso aziende aerospa-ziali dell'area torinese.
Esercitazioni di calcolo: Verifica di stabilità di aste a parete sottile aperta compresse.
Verifica di stabi lità di pannelli compressi. Verifica di stabilità di pannelli sollecitati a taglio.
Esercitazioni di laboratorio computazionale (applicazione del metodo degli elementi [miti): Analisi staticodeformativa della struttura di un tronco di fusoliera reticolare.
Analisi staticodeformativa di una semiala a sbalzo e a rigidezza variabile. Analisi stati-codeformativa di una piastra forata.
Visite guidate
Completa il modulo una serie di visite guidate presso i laboratori CAD / CAEdiaziende aerospaziali dell'area torinese.
Bibliografia
M. Di Sciuva Testi coordinati di analisi strutturale. Quaderni 1 e 2. Torino, 1998.
M. Di Sciuva Testi coordinati di analisi strutturale. Quaderno 3. Torino, 1998 M. Di Sciuva Introduzione al metodo degli elementi fmiti, Torino, 1998.
Per consultazione:
T.H.G. Megson Aircraft structures for engineering students, Arnold, 1990.
E. F. Bruhn Analysis and design of flight vehicle structure s, Tri-State Offset Company, Cincinnati, Ohio, 1969.
A. Lausetti Aeroplani, Levrotto& Bella, Torino, 1964.
0.0. Brush, B.O. Almroth Buckling of bars, plates and shells, NcGraw-Hill Book Company, 1975.
G.J. SimitsesAn introduction to the elastic stability of structures, Prentice-Hall, Inc., 1976.
T.Y. Yang Finite element structural analysis, Prentice-Hall, Inc., 1986.
Esame
Consiste in una prova scritta (sul contenuto del modulo A) e una orale su tutto il pro-gramma del Corso. Per essere ammessi alla prova orale bisogna aver superato la prova scritta. Il candidato che abbia superato la prova scritta, ha diritto a sostenere la prova orale negli appelli previsti per la sessione in cui ha superato la prova scritta, secondo le modalità stabilite dalla Facoltà.
La prova scritta prevista alla fme del primo emisemestre è da considerare come prova scritta del primo appello subito dopo la chiusura del corso.
I!voto finale risulterà dalla media pesata sui rispettivi numeri di crediti dei voti dei due moduli.
Concorre alla formulazione del giudizio fmale anche la valutazione delle relazioni sulle esercitazioni.
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