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PORTALE DELLA DIDATTICA

Tecnica delle costruzioni aeronautiche

01NFCLZ

A.A. 2022/23

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea in Ingegneria Aerospaziale - Torino

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
Collaboratori
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Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/04 10 B - Caratterizzanti Ingegneria aerospaziale
2020/21
PARTE STRUTTURE: Il corso intende fornire le nozioni di base per il calcolo e il dimensionamento delle principali strutture aerospaziali introducendo le classiche procedure delle costruzioni aeronautiche sulla base delle nozioni impartite dai corsi di meccanica strutturale. Verranno esaminati gli aspetti principali che stanno alla base delle schematizzazioni strutturali e i concetti che permettono una comprensione del comportamento sotto carico delle strutture aerospaziali. Nella prima parte verranno richiamate le differenti tipologie dei carichi in volo e introdotti gli inviluppi di carico previsti dalla normativa. Verranno poi introdotti e caratterizzati i principali elementi strutturali descrivendo la metodologia di calcolo per le configurazioni in parete sottile a guscio rinforzato. Nella seconda parte verranno considerati alcuni aspetti peculiari del comportamento delle strutture aerospaziali con particolare riferimento alle condizioni critiche e cenni di dinamica strutturale e aeroelasticità statica. PARTE MANUTENZIONE/TECNOLOGIE: Il corso intende fornire le nozioni di base relative alle problematiche della manutenzione e degli aspetti tecnologici relativamente agli usuali processi produttivi del settore aerospaziale, in modo da permettere l’identificazione delle tipologie di difetti tipicamente presenti e delle cause di danneggiamento più comuni e identificare il materiale e il processo che meglio si adatta alla realizzazione di uno specifico componente strutturale e di motore. Verranno esaminati gli aspetti connessi all'affaticamento e alla presenza dei difetti con richiami di meccanica della frattura. Saranno inoltre presentate le principali metodologie di prova per la caratterizzazione dei materiali aeronautici ferrosi, non ferrosi e compositi avanzati, unitamente agli aspetti relativi alle procedure di controllo e all'introduzione delle attività di gestione della qualità. Completano il corso alcuni cenni alle procedure di gestione del velivolo in hangar, alla esecuzione di alcuni tipici controlli pre- e post-volo e alla esecuzione di tipiche procedure di bilanciamento e pesatura velivolo.
PART I: Structures. This course aims to provide fundamentals for the analysis and design of aerospace structures by extending the topics from structural mechanics courses. The most common structural architectures and concepts for aerospace structures analysis and their loading conditions are introduced together with regulators' maneuver and gust diagrams. The concept of monocoque and semi-monocoque structures is analyzed with the methodologies for the numerical analysis. In the second part of the course, fundamental problems of buckling, structural dynamics, and aeroelasticity will be introduced. PART II: Maintenance and Technologies. The aim is to provide basic concepts concerning the manufacturing and maintenance of aerospace components. Typical defects and damage mechanisms are presented, and the various manufacturing processes for structural components are described. Basic concepts of fracture mechanics are given to deal with fatigue and damage analyses. The most important characterization tests for aerospace materials are presented with some concepts regarding quality controls. Eventually, procedures regarding the handling of the aircraft in a hangar and pre- and post-flight procedures are described.
Capacità di eseguire il dimensionamento preliminare di configurazioni strutturali tipiche delle costruzioni aerospaziali. Capacità di comprendere il comportamento sotto carico degli elementi strutturali e di fornire le eventuali correzioni progettuali per il rispetto dei requisiti. Capacità di indicare la corretta procedura e il materiale da utilizzare per uno specifico componente aerospaziale congiuntamente agli aspetti legati alla manutenzione. Comprendere i problemi della fabbricazione e della manutenzione in modo da interagire con la progettazione e con la gestione della qualità.
The course aims to provide the following skills: preliminary sizing of typical aerospace structures, analysis of the loading conditions and envelopes, identification of appropriate manufacturing and maintenance procedures, synergies among structural design, manufacturing, and quality control.
Fondamenti di meccanica strutturale, cenni di scienza dei materiali e disegno tecnico
Fundamentals of structural mechanics, material science and technical drawing
PARTE STRUTTURE Requisiti di aeronavigabilità per la resistenza strutturale. Classificazione strutturale, primaria, secondaria, terziaria. Concetti di safe-life, fail-safe, e damage tolerance. Sistemi di identificazione zonale e di stazione. Carico limite e carico ultimo. Fattore di carico. Diagrammi di manovra, raffica e inviluppo. Teoria della trave. Trave sandwich. Introduzione ai modelli a semiguscio e guscio rinforzato. Larghezza collaborante e procedura di definizione del semiguscio ideale. Identificazione degli elementi caratteristici e loro combinazione. Stato di tensione. Sollecitazione di taglio-flessione-torsione, compressione. Sistemi a guscio rinforzato ad una o più celle soggetti a taglio/torsione. Introduzione al metodo degli elementi finiti. Condizioni critiche dell’equilibrio. Componenti compressi: aste e pannelli. Pannelli soggetti a taglio. Stati membranali di tensioni e deformazioni. Strutture pressurizzate: problematiche generali e calcolo elementare dello stato di tensione e deformazione. Strutture in composito: problematiche generali e calcolo elementare dello stato di tensione e deformazione. Cenni di dinamica strutturale e aeroelasticità. PARTE MANUTENZIONE/TECNOLOGIA Caratteristiche dei materiali aerospaziali, resistenza, lavorabilità. Prove di caratterizzazione, prove di durezza, resistenza a trazione, resistenza a fatica, e resilienza. Estensimetria. Proprietà e identificazione dei principali materiali ferrosi e non ferrosi comunemente usati in aeronautica. Legno e tessuti utilizzati sui velivoli (cenni). Introduzione alla fatica e alla meccanica della frattura. Legge di Miner. Legge di Paris. Fretting. Introduzione ai compositi: calcolo preliminare e processi di produzione. Difettologia. Tecniche di riparazione. Processo di fusione/colata. Processi per deformazione plastica a caldo e a freddo. Tecniche di assemblaggio della struttura: rivettatura, bullonatura, incollaggio. Problemi specifici delle giunzioni. Difetti tipici e modi di cedimento. Tipologia di attacchi alari di piloni, del carrello di atterraggio e delle superfici di comando. Strutture per la movimentazione delle superfici mobili. Metodi costruttivi relativi a rivestimenti collaboranti della fusoliera, ordinate, correntini, longheroni, paratie, telai, rinforzi locali di piastre, montanti, tiranti, strutture del pavimento, metodi di rivestimento, ala, impennaggio, attacco motore. Tubi, raccordi, trasmissioni meccaniche e cuscinetti, molle, cablaggi (identificazione, montaggio, crimpatura, saldatura, anomalie), attrezzaggio e operazioni in hangar. Pesatura del velivolo centraggio. Saldatura, brasatura, procedure e difetti tipici. Tecniche LASER. Introduzione alla corrosione e identificazione delle cause. Rimozione e protezione dalla corrosione. Usura. Protezione delle superfici. Introduzione alla gestione della Qualità. Metodi ispettivi. Tecniche non distruttive. Ispezioni manutentive.
PART I: Structures. Airworthiness for structures. Structural classification: primary and secondary structures. Safe-life, fail-safe, damage tolerance, and no-growth approaches. Station and zone numbers and location Identification. Limit and ultimate load. Load factor. The maneuver, gust, and envelop diagrams. Beam theories for metallic and composite structures. Monocoque and semi-monocoque models. Stress fields: shear, bending, torsion, and compression. Introduction to the finite element method. Critical equilibrium of beams and panels. Pressurized structures and composite structures. Basic problems of structural dynamics and aeroelasticity. PART II: Maintenance and Technologies. Mechanical and manufacturing characteristics of aerospace materials. Characterization testing: hardness, tensile, fatigue, resilience. Properties of metals, composites, and woods. Introduction to fatigue and fracture mechanics. Miner and Paris laws. Fretting. Introduction to composite materials: structural analysis and manufacturing. Defects and repairing. Manufacturing processes. Assembly procedures, rivets, bolts, and adhesives. Joints. Defects and failure analysis. Types of joints for engines, landing gears, and control surfaces. Structural configurations of control surfaces. Construction of skin, spars, ribs, stiffeners, bulkhead, joints. Pipes, gears, bearings, cables, springs. Maintenance operations. Weight and balance. Welding and laser techniques. Corrosion and wearing. Quality and inspections. Non-destructive testing.
L’insegnamento è composto da lezioni teoriche ed esercitazioni. Queste rappresentano una parte fondamentale del corso. Vengono sviluppate applicazioni ai diversi temi indicati nel programma. Le esercitazioni sono settimanali e finalizzate alla scrittura di relazioni individuali. L’elaborato individuale dovrà includere le esercitazioni e l’analisi dei risultati. PARTE STRUTTURE Le esercitazioni saranno svolte prevalentemente in aula e verteranno sul progetto e dimensionamento di semplici schemi strutturali visti durante le lezioni. È previsto l’utilizzo di software per l’analisi agli elementi finiti a supporto delle analisi svolte mediante i modelli illustrati a lezione. Per quanto possibile con le attività in corso, si organizzeranno esercitazioni su prove sperimentali. Tipici esempi di esercitazioni sono: il tracciamento dei diagrammi di sforzo normale, taglio e momento flettente su semplici travi e travature piane isostatiche e iperstatiche; determinazione del diagramma di inviluppo; determinazione dei carichi agenti su un’ala a sbalzo e controventata; esercizi sul modello del semiguscio ideale; calcolo di flussi su sezioni a semiguscio ideale a singola/multipla cella soggetti a taglio/torsione; carichi critici; confronti tra metodi analitici e FEM. PARTE MANUTENZIONE/TECNOLOGIA Le esercitazioni saranno svolte prevalentemente in aula e verteranno su argomenti presentati a lezione. Per quanto possibile con le attività in corso, si organizzeranno esperienze in laboratorio, visite presso laboratori di aziende aeronautiche e interventi di esperti aziendali. Esempi di esercitazioni sono: applicazione della legge di Miner e Paris, calcoli preliminari su strutture in composito, stima del spring-in angle in strutture in composito.
This course has theoretical and practice classes. The latter is a fundamental component of the course with weekly assignments that will compose a written report. PART I: Structures. The practice hours aim for the analysis and sizing of structural components. Analytical tools and finite elements from commercial codes are used. Examples of assignments are the following: shear and bending diagrams, analysis of beams, maneuver and gust diagrams, semi-monocoque structures, shear flows, buckling. PART II: Maintenance and technologies. Depending on availability, there may be visits to laboratories and industries—furthermore, assignments concerning Miner and Paris laws, composite structures, and fundamental problems of virtual manufacturing.
Parte STRUTTURE a) E. Carrera, Fondamenti sul calcolo delle strutture a guscio rinforzato per veicoli aerospaziali. Levrotto & Bella, Torino. b) A. Lausetti, Aeroplano: progetto, strutture, installazioni, Levrotto e Bella, 1983 c) Appunti delle lezioni. Per approfondimenti: a) Megson, Aircraft Structures for Engineering Students, 2017 b) Bruhn, Analysis and design of flight vehicle structures, 1973 c) FAA-H-8083-31A: “Aviation Maintenance Technician Handbook—Airframe Volume 1”, 2018, US Department of Transportation, FAA. Parte TECNOLOGIA/MANUTENZIONE a) FAA-H-8083-30:” AVIATION MAINTENANCE TECHNICIAN HANDBOOK- General”, 2018, US Department of Transportation, FAA. Per approfondimenti: a) M. Clerico. I materiali e le loro proprietà. Levrotto & Bella, 1997 b) M. Clerico. Tecnologie aeronautiche. Levrotto & Bella, 2008
Part I: Structures a) E. Carrera, Fondamenti sul calcolo delle strutture a guscio rinforzato per veicoli aerospaziali. Levrotto & Bella, Torino. b) A. Lausetti, Aeroplano: progetto, strutture, installazioni, Levrotto e Bella, 1983 c) Notes from classes. further readings: a) Megson, Aircraft Structures for Engineering Students, 2017 b) Bruhn, Analysis and design of flight vehicle structures, 1973 c) FAA-H-8083-31A: “Aviation Maintenance Technician Handbook—Airframe Volume 1”, 2018, US Department of Transportation, FAA. Part II: Maintenance and Technologies: a) FAA-H-8083-30:” AVIATION MAINTENANCE TECHNICIAN HANDBOOK- General”, 2018, US Department of Transportation, FAA. further readings: a) M. Clerico. I materiali e le loro proprietà. Levrotto & Bella, 1997 b) M. Clerico. Tecnologie aeronautiche. Levrotto & Bella, 2008
Modalità di esame: Prova orale obbligatoria; Elaborato scritto individuale;
L'esame è orale con elaborato individuale obbligatorio. La durata prevista della prova orale sarà di circa 30-45 minuti e si articolerà su 3-4 domande. Almeno una domanda riguarderà i contenuti e la valutazione dell'elaborato scritto individuale il cui contributo nella formulazione del voto finale ha lo stesso peso relativo rispetto alle altre domande. Scopo dell'esame è quello di verificare i risultati attesi: a) capacità di eseguire un dimensionamento preliminare di configurazioni strutturali tipiche delle costruzioni aerospaziali, b) capacità di comprendere il comportamento sotto carico degli elementi strutturali e di fornire le eventuali correzioni progettuali che le rendano atte al rispetto dei requisiti; c) capacità di indicare la corretta procedura e il materiale da utilizzare per uno specifico componente aerospaziale congiuntamente agli aspetti legati alla manutenzione; d) verificare la comprensione dei problemi della fabbricazione e della manutenzione in modo da interagire con la progettazione e con la gestione della qualità.
Exam: Compulsory oral exam; Individual essay;
The exam is oral with a mandatory and individual written report on the practice hours. The duration of the exam is 30-45 minutes, with 3-4 questions. At least one question is on the written report. The exam aims to verify the following skills: a) Carrying out the preliminary sizing of typical aerospace structures b) Analyzing the stress state of structural components under various loading conditions c) Indicating the proper materials, manufacturing and maintenance procedures of various structural components d) Understanding of manufacturing and maintenance issues and quality control
Modalità di esame: Prova orale obbligatoria; Elaborato scritto individuale;
L'esame è orale con elaborato individuale obbligatorio. La durata prevista della prova orale sarà di circa 30-45 minuti e si articolerà su 3-4 domande. Almeno una domanda riguarderà i contenuti e la valutazione dell'elaborato scritto individuale il cui contributo nella formulazione del voto finale ha lo stesso peso relativo rispetto alle altre domande. Scopo dell'esame è quello di verificare i risultati attesi: a) capacità di eseguire un dimensionamento preliminare di configurazioni strutturali tipiche delle costruzioni aerospaziali, b) capacità di comprendere il comportamento sotto carico degli elementi strutturali e di fornire le eventuali correzioni progettuali che le rendano atte al rispetto dei requisiti; c) capacità di indicare la corretta procedura e il materiale da utilizzare per uno specifico componente aerospaziale congiuntamente agli aspetti legati alla manutenzione; d) verificare la comprensione dei problemi della fabbricazione e della manutenzione in modo da interagire con la progettazione e con la gestione della qualità.
Exam: Compulsory oral exam; Individual essay;
The exam is oral with a mandatory and individual written report on the practice hours. The duration of the exam is 30-45 minutes, with 3-4 questions. At least one question is on the written report. The written report contributes to the final vote with the same weight as the other questions. The exam aims to verify the following skills: a) Carrying out the preliminary sizing of typical aerospace structures b) Analyzing the stress state of structural components under various loading conditions c) Indicating the proper materials, manufacturing and maintenance procedures of various structural components d) Understanding of manufacturing and maintenance issues and quality control


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