Conclusioni e futuri sviluppi
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7 CONCLUSIONI E FUTURI SVILUPPI
7.1 Conclusioni
Il presente lavoro, attraverso le esperienze effettuate in tutte le fasi del processo (modellazione, generazione della mesh, pre-processing, calcolo della soluzione e post-processing), ha permesso l’acquisizione di una conoscenza approfondita del software CATIA V5.
Sfruttando il carattere innovativo di CATIA V5 e le sue notevoli potenzialità come modellatore, è stata realizzata una procedura in un ambiente integrato CATIA V5-MATLAB, che ha permesso la generazione di modelli parametrici della configurazione di un tronco di fusoliera. Il vantaggio di questa impostazione parametrica è notevole. Infatti consente di cambiare la configurazione (limitatamente ai parametri di progetto fissati) con una semplice operazione di aggiornamento del modello, della durata di pochi minuti. Senza questa impostazione parametrica, i tempi per la modellazione di una nuova configurazione si dilatano enormemente (40-50 ore). La procedura è stata realizzata in maniera flessibile, permettendo quindi sia la modifica dei modelli dei componenti strutturali esistenti, che l’inserimento di modelli di nuovi componenti a discrezione dell’utente.
La procedura integrata ha permesso di ottenere una mesh applicata al modello generato di buona qualità, e di ottenere, variando la configurazione dei parametri di progetto, un aggiornamento in tempi ridotti rispetto alla generazione di una nuova mesh. Il software CATIA V5 presenta limiti nella generazione di mesh con elementi di tipo Beam e risente della mancanza di alcuni tipi di collegamento fra mesh (per esempio, il collegamento di testa fra elementi Beam).
Per quanto riguarda la fase di analisi, nelle distribuzioni di tensioni longitudinali e tangenziali sono state individuate delle zone di forte scostamento rispetto alle
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143 distribuzioni previste dalla teoria elementare. Le cause di tali scostamenti possono essere ricondotte ai seguenti fatti:
• si osservano deformazioni locali rilevanti (in corrispondenza del collegamento
tra l’ordinata e la trave di pavimento, l’ordinata ed il montante passeggeri, l’ordinata e la trave di stiva e l’ordinata ed il montante di stiva);
• la flangia interna delle ordinate della zona a monte ed a valle del tronco
esaminato risulta interrotta, per problemi legati alla mesh, con conseguente diminuzione della rigidezza complessiva dell’ordinata stessa.
Nelle analisi effettuate nel lavoro di tesi [2], non si sono riscontrati fenomeni di deformazione locale rilevanti e data la geometria abbastanza semplificata del modello, si sono ottenuti andamenti delle tensioni (sia longitudinale che tangenziale) nel rivestimento molto vicini a quelli previsti dalla teoria elementare. Gli scostamenti riscontrati invece nel presente lavoro sono dovuti alla minor rigidezza dell’ordinata (modellata, per esempio, con la presenza di aperture per il passaggio dei correnti) e ad una mesh molto più rada, che ha permesso di cogliere fenomeni di deformazione strettamente localizzati.
Nel presente lavoro, in fase di modellazione, è stata operata una scelta sia sul grado di approssimazione della rappresentazione dei componenti1 e sia sul tipo di componenti da inserire nel modello. Ma aumentare il tipo di approssimazione dei modelli dei componenti e di componenti inseriti, se per un verso migliora il grado di rappresentatività della struttura reale, dall’altro fa aumentare il numero di elementi e la complessità del modello (dal punto di vista dell’implementazione). Infatti, mentre la rappresentazione dell’ordinata è stata molto dettagliata, altri componenti non sono stati modellati con lo stesso grado di approssimazione, in particolare nelle zone di collegamento, e questo può essere la causa delle rilevanti deformazioni locali riscontrate. Per risolvere la situazione è auspicabile, oltre ad un maggior dettaglio nella modellazione dei componenti con grado di approssimazione inferiore, anche l’inserimento di nuovi componenti strutturali, che in un primo momento non erano stati introdotti. I componenti strutturali che al momento non sono stati rappresentati, sono i seguenti:
• seat-tracks;
1 I componenti rappresentati sono: il rivestimento, i correnti, le ordinate, le travi di pavimento, le travi di
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• stringer-tie; • tear-strap;
• doublers di irrigidimento locale, da applicare nelle zone di collegamento fra
componenti (per esempio, nel collegamento montante-ordinata).
Per motivi di tempo, non è stato possibile esaminare a fondo questa problema, comunque sono state fatte due prove, entrambe limitatamente alla sola zona centrale del tronco di fusoliera esaminato, per eliminare i problemi legati all’interruzione della flangia interna dell’ordinata nella zona a monte ed a valle. Questa eliminazione si è riflessa nel recupero, di una parte del rivestimento dorsale, della caratteristica di sollecitazione a trazione attesa, sulla base della teoria elementare. Nella seconda prova, sono stati inseriti nello stesso modello degli irrigidimenti, con la funzione di fungere da seat-tracks. Questo inserimento ha portata a ridurre fortemente la rotazione della sezione della trave di pavimento.
Inoltre sono stati riscontrati dei problemi nell’applicare la corretta distribuzione di carico agli elementi Beam
Lo strumento di post-processing di CATIA V5 si è rivelato sprovvisto della possibilità di lettura locale dei dati in maniera semplice, oltre a presentare dei problemi nella gestione dei sistemi di riferimento locali degli elementi. Per questo motivo è stato elaborato uno strumento di post-processing, in ambiente MATLAB.
7.2 Futuri sviluppi
Il modello della struttura deve affrontare un processo di evoluzione, mirato ad eliminare gli scostamenti riscontrati in fase di analisi. Questo processo dovrà riguardare l’inserimento di nuovi componenti strutturali (stringer-tie, seat-tracks, tear-strap e doublers di irrigidimento locale).
Data la serie di problemi riscontrati con l’uso di elementi Beam, se le risorse macchina disponibili lo permettono, è preferibile evitare l’uso di questi elementi. Il modello potrebbe essere rappresentato interamente, come nella parte centrale, in maniera da poter applicare una mesh di soli elementi Shell.
Per poter ottenere delle letture locali delle componenti del tensore degli sforzi è necessario appoggiarsi ad un altro solutore FEM, dotato di uno strumento di
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145 processing adeguato (per esempio, NASTRAN). Per interfacciare la procedura integrata, realizzata nel presente lavoro, si possono adottare due opzioni. La prima consiste nell’effettuare la fase di modellazione e di generazione della mesh all’interno della procedura integrata, esportando la mesh verso un codice esterno, mediante la possibilità di ottenere i dati sul posizionamento dei nodi e sulla connessione dei nodi agli elementi. Nel codice vengono poi effettuate le fasi di pre-processing, calcolo della soluzione e post-processing. La seconda opzione consiste nell’effettuare soltanto la fase di modellazione all’interno della procedura integrata, esportando la geometria del modello sotto forma di formato IGES2. La fase di generazione della mesh può essere effettuata su un alto software, per esempio GAMBIT, esportando la mesh in un formato compatibile con il solutore FEM scelto. La prima opzione conserva l’impostazione parametrica sia nella fase di modellazione che di generazione della mesh, ma richiede lo sviluppo di una procedura, in ambiente MATLAB, per esportare i dati della mesh verso il codice esterno. La seconda opzione conserva soltanto l’impostazione parametrica della modellazione, ma non necessita procedure aggiuntive.
