Il corso si occupa del progetto e l'analisi dei veicoli spaziali. Esso intende fornire agli allievi ingegneri aerospaziali gli strumenti metodologici fondamentali per la comprensione e la verifica delle strutture spaziali.

Attraverso questo insegnamento lo studente e' portato a conoscere e comprendere le diverse soluzioni strutturali adottate nei veicoli spaziali e verificarle sulla base dei requisiti imposti.

Corsi di base della meccanica dei continui deformabili e conoscenza di elementi strutturali semplici.

Introduzione all'ambiente spaziale e requisiti sulle strutture
Descrizione dell'ambiente spaziale in relazione alle missioni tipiche. Requisiti di progetto imposti sulle strutture. Carichi nelle diverse fasi della missione.
Rassegna di strutture utilizzate in missioni spaziali
Strutture per lanciatori. Strutture per navette abitate. Strutture per satelliti. Strutture per moduli abitati in orbita. Strutture per navette non abitate. Strutture per colonie su altri pianeti. Materiali utilizzati.
Tipologie ed elementi strutturali: travi, aste, piastre, gusci, membrane; guscio rinforzato; strutture gonfiabili.
Strutture monostrato, multistrato. Protezioni termiche e da impatto.
Richiami sulla meccanica dei continui deformabili
Equazioni di equilibrio e congruenza nel punto. Relazioni geometriche. Relazioni Fisiche. Nonlinearità. Metodi variazionali. Approssimazione del problema 3D. Riduzione ai problemi 2D e 1D. Estensione alla termo-meccanica. Cenni ai problemi multicampo.
Analisi di strutture a guscio rinforzato.
Il metodo del semiguscio ideale. Pannello e corrente. Risoluzione di casi isostatici e casi iperstatici. Propagazione per taglio. Metodi correttivi.
Elementi strutturali bidimensionali.
La teoria delle piastre. Relazioni geometriche in coordinate curvilinee e teoria dei gusci. Applicazioni alle strutture in composito alle strutture multistrato ed alla smart structures. Analisi statiche, dinamiche e termomeccaniche.
Metodi computazionali e FEM
Generalità sui metodi di calcolo approssimato e meccanica computazionale. Metodi alle differenze, metodi agli elementi finiti (FEM), metodi agli elementi di contorno (BEM). Formulazioni FEM per elementi mono, bi- e tridimensionali. Matrici di rigidezza e di inerzia. Metodi di riduzione di problemi accoppiati. Problemi non lineari.
Meccanica delle frattura e progetto a fatica.
Stato tensionali in prossimità di cricche. Modi di apertura. Spettro di carico, propagazione dei difetti e progetto a fatica.
Progetto a stabilità, buckling e postbuckling.
Il problema della stabilità dell'equilibrio. Perdita della stabilita e punti di biforcazione. Comportamento postcritico (buckling): caso stabile e caso instabile (scatto). Determinazione dei carichi di buckling e fattore di abbattimento a stabilità in strutture semplici e complesse.
Analisi di Strutture gonfiabili.
Il gonfiaggio. L'analisi delle membrane. La tenuta dell'ossigeno. Il contatto fra gli strati. Simulazione.
Prove sperimentali test di qualifica.
Prove statiche. Prove a stabilità. Aggiornamento di modelli di calcolo. Prove dinamiche di qualifica ed analisi critica dei requisiti. Accoppiamento navetta(caricho-pagante)/lanciatore.

LABORATORI E/O ESERCITAZIONI
Analisi dettagliata di una struttura spaziale esistente: lanciatore; navetta abitata; modulo abitato; satellite; navetta per esplorazione interplanetaria.
Progetto strutturale di un veicolo spaziale nelle diverse fasi: analisi preliminare semplificata; analisi FEM; analisi di dettaglio di elementi critici. Uso di programmi FEM general purpose

Appunti forniti dal docente.

L'esame si articola in una prova orale e nella valutazione degli elaborati delle esercitazioni.