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PORTALE DELLA DIDATTICA

Strutture aeronautiche

02CODMT

A.A. 2018/19

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Aerospaziale - Torino

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Lezioni 60
Esercitazioni in aula 7.5
Esercitazioni in laboratorio 13.5
Tutoraggio 37.5
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
Di Sciuva Marco Professore Ordinario ING-IND/04 60 7.5 49.5 0 16
Collaboratori
Espandi

Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/04 8 B - Caratterizzanti Ingegneria aerospaziale ed astronautica
2018/19
L'obiettivo principale del Corso è quello di mettere l'allievo in grado di comprendere le principali problematiche inerenti la modellizzazione del comportamento statico e ai limiti di stabilità delle strutture aeronautiche nel loro complesso e di alcuni componenti fondamentali; sviluppare capacità di eseguire valutazioni preliminari e di dettaglio di stati di tensione e deformazione in tipici componenti strutturali aeronautici utilizzando approcci di complessità crescente. Un ulteriore obiettivo è quello di introdurre l’allievo alle problematiche relative alle prove di laboratorio per la caratterizzazione dei materiali e su componenti strutturali.
The main objective of this Course is to make the student able to understand the main issues related to the modeling of static behavior and elastic stability of the aircraft structures as a whole and by considering their basic components; develop ability to perform preliminary evaluations and detailed analysis of strain and stress states in typical structural aircraft components by using approaches of increasing complexity. A further goal is to introduce the student to the laboratory experimental tests.
Obiettivo del Corso è sviluppare nell'allievo le basi per poter affrontare in modo critico e autonomo il calcolo di tipici componenti strutturali aeronautici basato sui metodi analitici classici e sul metodo degli elementi finiti. In particolare, le metodologie fornite consentiranno all'allievo la capacità di effettuare l'analisi del comportamento statico (calcolo dello stato di sollecitazione) e ai limiti di stabilità (carichi critici e modi di cedimento associati) di elementi monodimensionali, strutture nervate in parete sottile e piastre in materiale composito e sandwich, elementi strutturali tipici delle costruzioni aerospaziali, utilizzando sia grafici e tabelle, sia semplici codici di calcolo scritti in Matlab, sia elaborando autonomamente modelli agli elementi finiti utilizzando il codice di calcolo NASTRAN. Attraverso la partecipazione attiva a esercitazioni di laboratorio sperimentale l'allievo acquisirà anche una sensibilità ai problemi connessi con le attività sperimentali e la conoscenza della componentistica indispensabile a realizzare una prova di laboratorio di caratterizzazione dei materiali. Alla fine del Corso l'allievo dovrebbe essere in grado di saper valutare criticamente la adeguatezza degli strumenti di analisi utilizzati, la bontà dei risultati ottenuti, le problematiche inerenti l'effettuazione di semplici prove di laboratorio.
Aim of the Course is to provide to the student the needed basic knowledge to approach critically and autonomously the analysis of the structural behavior of typical aeronautical structures and substructures by making use of classical analytical methods and finite element method. In particular, the methodologies provided will allow the student to carry out the analysis of the static behavior (calculation of the states of stress and strain) and the limits of elastic stability (critical loads and associated modes of failure) of one-dimensional elements, stiffened plates and plates made of composite materials and sandwich, typical structural elements of aircraft structures. The analysis will be performed using graphical and tabular data, simple MATLAB codes, and autonomously developed PATRAN/NASTRAN FEM models.The active participation to the experimental laboratory tests will allow the student to acquire also the feeling with the problems arising when designing and performing a laboratory test and the basic knowledge of the needed basic components used to perform a simple material characterization test. At the end of the Course, the student should be able to critically evaluate the adequacy of the analysis tools used, the quality of the results obtained, the issues concerning the design and carrying out of simple experimental tests.
Il corso utilizza concetti, nozioni e metodologie dei corsi di meccanica di base, calcolo matriciale e numerico, costruzioni aeronautiche.
The course makes reference to concepts, notions and methodologies from the courses of basic mechanics, matrix algebra and numerical computing, aircraft constructions.
- Generalità sul progetto e l'analisi di una struttura aeronautica. Compiti dell'analisi strutturale. - Classificazione dei carichi e prescrizioni regolamentari (determinazione dei carichi; criteri di rigidezza, di robustezza e di elasticità; carichi agenti su una struttura: meccanici e termici; fatica). La sicurezza strutturale (criteri di progetto: fail-safe, safe-life, damage tolerance. - Materiali per applicazioni aerospaziali. - Problematiche inerenti la schematizzazione a travi di tipici componenti strutturali (ali, impennaggi, fusoliere) - Richiami sulla teoria delle travi a semiguscio. - Teoria della piastra di Kirchhoff, Piastre irrigidite e Piastre sandwich. - Studio della stabilità dell'equilibrio elastico di aste, pannelli piani lisci e nervati e sandwich. - Introduzione al metodo degli elementi finiti (FEM). Elementi finiti monodimensionali (asta, barra, trave). Elementi finiti bidimensionali membranali e piastra di Kirchhoff. Elementi finiti 3D.
- A general survey of the design and analysis of aircraft structures. The objectives of aircraft structural analysis. Airworthiness. Load classification (static, dynamic, thermal, etc) and sources. Structural safety ((stiffness criteria, strength criteria, elasticity criteria) and related design criteria (fail-safe, safe-life, damage tolerance). - Materials for aerospace structures. - Functions of principal components of aircraft structures: wings, fuselages, empennages (tail units). A general overview of typical solutions. - Wing and fuselage stress analysis by the modified engineering beam theory (idealized thin-walled beams). - Kirchhoff's plate theory, stiffened and sandwich plates. - Elastic stability of rods, unstiffened and stiffened, laminated and sandwich flat plates. - Introduction to the finite element method (FEM). One-dimensional finite elements (rod, bar, beam). Two-dimensional membrane and Kirchhoff’s plate finite elements. 3D finite elements.
Il corso è caratterizzato da varie esercitazioni presso il Laboratorio di Calcolo del LAIB e il LAQ ¿AERMEC-Sistemi strutturali aeromeccanica¿ (www.aesdo.polito.it) del Dipartimento di Ingegneria Aeronautica e Spaziale. ¿ Introduzione all¿uso di MATLAB (principali comandi e Calcolo matriciale). ¿ Studio di sezioni a semiguscio soggette a sforzo normale, taglio e momento flettente, momento torcente. ¿ Risoluzione con MATLAB del problema della piastra rettangolare, cross-ply simmetrica, semplicemente appoggiata e caricata trasversalmente. ¿ Analisi della risposta statica di una trave sandwich. ¿ Carichi critici di pannelli lisci e nervati rettangolari, variamente vincolati e sollecitati. ¿ Risoluzione manuale completa di un problema statico agli elementi finiti con elementi ROD. ¿ Scrittura di un programma MATLAB per l¿analisi FEM di travature reticolari piane (elementi ROD) e di travature piane (elementi BEAM). ¿ Analisi FEM (PATRAN/NASTRAN) di piastra forata. ¿ Prova di trazione.
The lessons are integrated by classroom exercises, numerical exercises at the Politecnico computer labs, and experimental tests at the LAQ ¿AERMEC-Sistemi strutturali aeromeccanici¿ laboratory (www.aesdo.polito.it) of the Aeronautics and Space Engineering Department. ¿ Introduction to MATLAB (brief summary of useful MATLAB commands and matrix algebra). ¿ Stress analysis of thin-walled beam sections. ¿ Elastostatic analysis with MATLAB of symmetric, cross-ply rectangular plates, simply-supported on all sides and transversely loaded. ¿ Elastostatic analysis of sandwich beams. ¿ Critical loads of unstiffened and stiffened rectangular plates under different loading and boundary conditions. ¿ Hand solution of a static problem with rod finite elements. ¿ Implementation of a MATLAB program for FEM analysis of plane truss (ROD elements) and plane framed structures (BEAM elements). ¿ FEM Analysis (PATRAN/NASTRAN) of flat plates with holes. ¿ Tensile test on a specimen under traction.
Materiale didattico scaricabile dal sito docente. Traccia delle relazioni di calcolo effettuate durante le esercitazioni numeriche e pratiche. Fotocopie di grafici e tabelle necessari per lo svolgimento delle esercitazioni. Il materiale didattico suggerito copre gran parte degli argomenti trattati nel Corso, ma non tutti. Durante il Corso viene fornito materiale didattico integrativo. Per approfondimenti e ulteriore consultazione T.H.G. Megson, Aircraft Structures, E. Arnold Ed., 1990. R.M. Jones, Mechanics of Composite Materials, McGraw-Hill Kogakusha, Ltd., 1975. G.J. Simitses, An Introduction to Elastic Stability of Structures, Printice-Hall, Inc., 1976. H.D. Curtis, Fundamentals of Aircraft Structural Analysis, WCB/McGraw-Hill, Ltd., 1997. J.N. Reddy, An Introduction to the Finite Element Method, McGraw-Hill Book Company, Ltd., 1984.
Lecture notes provided by the teacher. Additional reading books: T.H.G. Megson, Aircraft Structures, E. Arnold Ed., 1990. R.M. Jones, Mechanics of Composite Materials, McGraw-Hill Kogakusha, Ltd., 1975. G.J. Simitses, An Introduction to Elastic Stability of Structures, Printice-Hall, Inc., 1976. H.D. Curtis, Fundamentals of Aircraft Structural Analysis, WCB/McGraw-Hill, Ltd., 1997. J.N. Reddy, An Introduction to the Finite Element Method, McGraw-Hill Book Company, Ltd., 1984.
Modalità di esame: prova scritta; prova orale facoltativa;
Criteri, regole e procedure per l'esame Si andrà a verificare la conoscenza adeguata degli aspetti metodologici-operativi insegnati durante il corso e la capacità di interpretare e descrivere i problemi strutturali. Criteri generali L’esame consta solo di una prova scritta (votazione max 30/30) su tutto il programma di lezioni ed esercitazioni (esercitazioni in aula, LAIB e LAQ). La prova scritta è articolata in un certo numero di esercizi. La sua durata può variare da 60 a 120min. Non è consentito l’uso di materiali/testi/dispense/formulari; è consentito l’uso di una calcolatrice non programmabile. Il candidato, entro il termine della prova scritta, può decidere se ritirarsi, oppure farsi valutare. L’esame si considera superato e viene registrato se la votazione ottenuta nella prova scritta è non inferiore a 18/30. L’esito negativo della prova scritta comporta la necessità di risostenere la prova. Colloquio orale (facoltativo) Coloro che hanno superato lo scritto con una votazione non inferiore a 21/30, possono chiedere di sostenere, nello stesso appello, anche un colloquio orale. Al colloquio orale il candidato deve portare le relazioni scritte di tutte le esercitazioni (numeriche e sperimentali) e i programmi in Matlab. Il colloquio orale verterà sugli argomenti trattati nel corso e nelle esercitazioni. Il colloquio orale comporta una variazione del voto dello scritto compresa tra -3/30 e +3/30. Al termine del colloquio, viene registrato il voto risultante dalla somma algebrica di quelli ottenuti nella prova scritta e nel colloquio.
Exam: written test; optional oral exam;
Assessment and grading criteria Aim of the examination is to verify the adequate knowledge of the methodology and the ability to apply it by the student, in addition to the ability to understand and describe the structural problems treated in the course. The examination consists only of a written test (max 30/30) on the whole program of lectures and exercises (exercises in the classroom, LAIB and LAQ). The written exam is divided into a number of questions. As a rule, the student must give the written answers in no more than 120 min. During or at the end of the written test, the candidate can decide whether to retire, or be assessed. The examination has been passed when the written scores is not less than 18/30. The evaluation is recorded. If the score is lower than 18/30, the student must take again the written test. Oral examination (optional) Those who get a score not less than 21/30 in the written test, may also ask for an oral exam, in the same written examination call. At the oral examination students are requested to bring the written reports of all the exercises (exercises in the classroom, LAIB and LAQ) and programs in Matlab. As for the written test, the oral examination is on the whole program of lectures and exercises (exercises in the classroom, LAIB and LAQ). The score of the oral examination is in the range -3/30 and +3/30. The final score follows from the algebraic summation of the written and oral scores and is recorded.


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