Sommario
Sommario
Nella presente tesi sono stati sviluppati strumenti che consentano di studiare, con il metodo agli elementi finiti, strutture di fusoliera di velivoli da trasporto per impieghi civili.
I software CATIA V5 e MATLAB sono stati utilizzati in modo interattivo per generare modelli sufficientemente rappresentativi della struttura.
I modelli sono stati generati con procedura parametrica sia in fase di definizione della geometria che in fase di generazione della mesh.
La procedura elaborata consente di modellare ciascun elemento con diversi gradi di approssimazione sulla geometria, partendo da semplici schematizzazioni fino ad un’alta definizione di dettaglio.
Gli strumenti elaborati sono stati provati su modelli di adeguata complessità, con lo scopo di verificare le potenzialità del software utilizzato, in termini di soluzione e gestione dei risultati.
Indice
1 INTRODUZIONE ... 1
1.1 Inquadramento tematico ... 1
1.2 Obiettivi ... 3
1.3 Presentazione degli argomenti trattati... 5
2 IL SOFTWARE CATIA V5... 6
2.1 Introduzione ... 6
2.2 Descrizione del software... 6
2.3 Problematiche relative al software... 24
2.4 Esperienze effettuate sul software ... 25
3 PROCEDURA DI MODELLAZIONE ED ANALISI IN UN AMBIENTE INTEGRATO CATIA V5 - MATLAB ... 27
3.1 Matlab ... 27
3.2 Descrizione della procedura... 29
4 MODELLAZIONE... 32
4.1 Introduzione ... 32
4.2 Descrizione della configurazione del tronco di fusoliera ... 32
4.3 Dimensionamento del tronco di fusoliera... 40
4.4 Modellazione dei componenti strutturali ... 48
4.5 Parametri di progetto del tronco di fusoliera analizzato... 60
4.6 Modello volumetrico del tronco di fusoliera analizzato ... 62
4.7 Modelli non volumetrici del tronco di fusoliera analizzato... 66
5 MESH ... 77
5.1 Introduzione ... 77
5.2 Elementi utilizzati... 77
5.3 Tipo di mesh ... 78
5.4 Tipo di collegamenti delle mesh... 80
5.5 Strategie di mesh... 83
5.6 Realizzazione dei collegamenti dei componenti strutturali ... 85
5.7 Mesh del Modello WB (correnti sotto forma di spessore equivalente) ... 91
5.8 Mesh del Modello OB (correnti modellati con elementi “beam”)... 96
6 ANALISI ... 100
6.1 Introduzione ... 100
6.2 Pre-Processing ... 100
6.3 Soluzione e Post-Processing ... 103
6.4 Analisi Modello WB... 106
7 CONCLUSIONI E FUTURI SVILUPPI... 142
7.1 Conclusioni ... 142
7.2 Futuri sviluppi... 144
Bibliografia ... 146
Ringraziamenti... 147
Indice delle figure
Indice delle figure
Figura 1.1: Sezione di fusoliera del Boeing 717 e del Boeing 707. ... 2
Figura 1.2: Sezione di fusoliera del Boeing 737 e del Boeing 747. ... 2
Figura 2.1: Schema moduli CATIA V5... 7
Figura 2.2: Nuovo file CATPart. ... 9
Figura 2.3: Esempio Part Design – Sketcher. ... 10
Figura 2.4: Esempio Part Design – Pad. ... 11
Figura 2.5: Esempio Part Design – Draft Angle... 11
Figura 2.6: Esempio Part Design – Raccordi... 11
Figura 2.7: Esempio Part Design – Specchio. ... 12
Figura 2.8: Esempio Part Design – Pocket. ... 12
Figura 2.9: Esempio Part Design – Svuotamento. ... 13
Figura 2.10: Esempio Wireframe and Surface Design – Albero del particolare rappresentato in Figura 2.11. ... 15
Figura 2.11: Esempio Wireframe and Surface Design – Cilindro... 16
Figura 2.12: Albero dell’ordinata. ... 17
Figura 2.13: Nuovo CATProduct (Assembly Design)... 18
Figura 2.14: Analysis – Modello volumetrico... 22
Figura 2.15: Analysis – Mesh modello... 22
Figura 2.16: Analysis – Deformata e indeformata... 23
Figura 2.17: Analysis – Distribuzione della tensione di Von Mises. ... 23
Figura 3.1: Schema logico della procedura, in ambiente integrato CATIA V5- MATLAB... 31
Figura 4.1: Sezione della fusoliera. ... 33
Figura 4.2: Carichi di coda. ... 34
Figura 4.3: Parametri dei pannelli irrigiditi (dorsali, laterali, ventrali). ... 37
Figura 4.4: Parametri dell'ordinata... 37
Figura 4.5: Parametri collegamenti trave di stiva-ordinata e trave di pavimento-ordinata. ... 38
Figura 4.6: Parametri dei run-out della trave di stiva e della trave di pavimento... 38
Figura 4.7: Parametro del run-out della flangia di fail-safe dell'ordinata... 39
Figura 4.8: Esempio di tronco di fusoliera e di soluzioni costruttive... 40
Figura 4.9: Sezione della trave di pavimento. ... 42
Figura 4.10: Sezione della trave di stiva... 43
Figura 4.11: Schema della condizione di carico della trave di pavimento e i montanti passeggeri... 44
Figura 4.12: Sezione del montante passeggeri... 45
Figura 4.13: Sezione del montante di stiva... 45
Figura 4.14: Angoli di apertura dei pannelli... 46
Figura 4.15: Suddivisione in zone del barrel di fusoliera. ... 49
Figura 4.16: Trave di pavimento – 1° approx... 50
Figura 4.17: Trave di pavimento – 2° approx... 51
Figura 4.18: Trave di stiva – 1° approx. ... 51
Figura 4.19: Trave di stiva – 2°approx. ... 52
Figura 4.20: Montanti passeggeri – 1° approx e 2° approx. ... 53
Figura 4.21:Montanti di stiva – 1° approx e 2° approx. ... 53
Figura 4.22: Correnti – 1° approx e 2° approx. ... 54
Figura 4.23: Corrente – Modello volumetrico... 55
Figura 4.24: Fazzoletto – transizione corrente... 56
Figura 4.25: Parte rigida – transizione corrente... 57
Figura 4.26: Ordinata – 1° approx. ... 58
Figura 4.27: Ordinata – 2° approx. ... 59
Figura 4.28: Sezione del modello volumetrico del tronco di fusoliera... 62
Figura 4.29: Vista del modello volumetrico del tronco di fusoliera... 63
Figura 4.30: Ingrandimento della vista del modello volumetrico del tronco di fusoliera. ... 64
Figura 4.31: Ingrandimento del collegamento trave di stiva – ordinata. ... 65
Figura 4.32: Vista del Modello WB... 67
Figura 4.33: Sezione Modello WB (zone a monte e a valle)... 68
Figura 4.34: Sezione Modello WB (zona centrale). ... 69
Figura 4.35: Modello WB – Ingrandimento collegamento ordinata – trave di pavimento. ... 70
Figura 4.36: Modello WB – Ingrandimento collegamento ordinata – trave di stiva... 71
Figura 4.37: Suddivisione in sotto-componenti – Trave di pavimento e di stiva (2°approx). ... 72
Figura 4.38: Suddivisione in sotto-componenti – Pannelli... 73
Figura 4.39: Suddivisione in sotto-componenti – Ordinata (2° approx)... 74
Figura 4.40: Suddivisione in sotto-componenti – Ordinata (1° approx)... 75
Figura 4.41: Vista Modello OB. ... 76
Figura 5.1: “Merge”... 80
Figura 5.2: “Connessione faccia-faccia bloccata”. ... 81
Figura 5.3: “Parte rigida virtuale”... 82
Figura 5.4: Collegamenti tra ordinata, trave di pavimento e montante passeggeri nelle zone a monte ed a valle del tronco... 85
Figura 5.5: Collegamento trave di pavimento – montante non realizzabile in CATIA.. 86
Figura 5.6: Collegamenti tra ordinata, trave di stiva e montante di stiva nelle zone a monte ed a valle del tronco. ... 87
Figura 5.7: Collegamenti tra ordinata, trave di pavimento e montante passeggeri nella zona centrale del tronco. ... 89
Figura 5.8: Collegamenti tra ordinata, trave di stiva e montante di stiva nella zona centrale del tronco... 90
Figura 5.9: Collegamento tra l’ordinata ed il rivestimento nella zona centrale del tronco. ... 91
Figura 5.10: Vista della mesh del Modello WB. ... 92
Figura 5.11: Ingrandimento della vista della mesh del Modello WB... 93
Figura 5.12: Sezione della mesh del Modello WB nelle zone a monte ed a valle... 94
Figura 5.13: Sezione della mesh del Modello WB nella zona centrale. ... 95
Figura 5.14: Vista del pannello del Modello WB nella zona centrale... 96
Figura 5.15: Vista della mesh del Modello OB. ... 97
Figura 5.16: Ingrandimento della vista della mesh del Modello OB... 98
Figura 5.17: Collegamenti tra correnti e rivestimento e tra ordinata e rivestimento nella zona centrale del Modello OB. ... 99
Figura 5.18: Vista della mesh del pannello nella zona centrale del Modello OB: ... 99
Indice delle figure
Figura 6.1: Lastra con corrente di irrigidimento in mezzeria. ... 101
Figura 6.2: Sistema di riferimento locale di un elemento Shell... 104
Figura 6.3: Sistemi di riferimento locali rispetto al sistema di riferimento globale. .... 105
Figura 6.4: Pannello dorsale – Distribuzione della tensione di Von Mises... 107
Figura 6.5: Pannello laterale – Distribuzione della tensione di Von Mises... 107
Figura 6.6: Pannello ventrale – Distribuzione della tensione di Von Mises... 108
Figura 6.7: Sezioni e generatrici del tronco di lettura dei risultati. ... 109
Figura 6.8: Tensione longitudinale – Sezione A – rappresentazione polare. ... 110
Figura 6.9: Tensione longitudinale – Sezione C – rappresentazione polare... 111
Figura 6.10: Tensione longitudinale – Sezione C – rappresentazione cartesiana... 112
Figura 6.11: Tensione longitudinale – Sezione D – rappresentazione polare. ... 113
Figura 6.12: Tensione longitudinale – Sezione D – rappresentazione cartesiana. ... 114
Figura 6.13: Tensione longitudinale – Sezione E – rappresentazione polare... 115
Figura 6.14: Tensione longitudinale – generatrici PN e PP... 116
Figura 6.15: Tensione tangenziale – Sezione A – rappresentazione polare. ... 117
Figura 6.16: Tensione tangenziale – Sezione C – rappresentazione polare... 118
Figura 6.17: Tensione tangenziale – Sezione C – rappresentazione cartesiana... 119
Figura 6.18: Tensione tangenziale – Sezione D – rappresentazione polare. ... 120
Figura 6.19: Tensione tangenziale – Sezione D – rappresentazione cartesiana. ... 121
Figura 6.20: Tensione tangenziale – Sezione E – rappresentazione polare... 122
Figura 6.21: Tensione tangenziale – Sezione F – rappresentazione cartesiana. ... 123
Figura 6.22: Tensione tangenziale – generatrici PP e PN... 124
Figura 6.23: Zone di forte scostamento per l’andamento della tensione longitudinale nel piano della sezione 5 del Modello WB... 126
Figura 6.24: Zone di forte scostamento per l’andamento della tensione tangenziale nel piano della sezione 5 del Modello WB... 127
Figura 6.25: Deformata locale dell’ordinata 5, corrispondente alla zona di anomalia A2 del Modello WB... 128
Figura 6.26: Deformata locale dell’ordinata 5 corrispondente alla zona di anomalia A1 del Modello WB... 129
Figura 6.27: Deformata locale della trave di pavimento nelle sezione 5 del Modello WB. ... 130
Figura 6.28: Deformata locale della trave di stiva nella sezione 5 del Modello WB. .. 131
Figura 6.29: Deformata della sezione 5 del Modello WB. ... 132
Figura 6.30: Spostamenti x del rivestimento del Modello WB. ... 133
Figura 6.31: Spostamenti z del rivestimento del Modello WB... 134
Figura 6.32: Sezione del corrente del pavimento di cabina... 136
Figura 6.33: Mesh della zona centrale del Modello WB con i correnti del pavimento di cabina. ... 138
Figura 6.34: Ingrandimento della mesh della zona centrale del Modello WB con i correnti del pavimento di cabina... 139
Figura 6.35: Deformata del modello della prova all’altezza delle travi di pavimento. 140 Figura 6.36: Confronto della tensione longitudinale nella sezione C, tra la prova del tronco centrale senza seat-tracks e quello con i seat-tracks... 141
Indice delle tabelle
Tabella 2.1: Esempio di tabella di parametri per CATIA V5... 14 Tabella 4.1: Parametri del modello... 37 Tabella 4.2: Valori numerici dei parametri di progetto del barrel di fusoliera analizzato.
... 61 Tabella 5.1: Statistiche della mesh del Modello WB... 92 Tabella 5.2: Statistiche della mesh del Modello OB. ... 96 Tabella 6.1: Sezione e generatrici di lettura dei risultati e posizione delle ordinate. ... 109
