Servizi per la didattica
PORTALE DELLA DIDATTICA

Costruzioni aeronautiche

02EUCLZ

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 8 B - Caratterizzanti Ingegneria aerospaziale
2020/21
Questo corso ha come obiettivo quello di fornire le nozioni fondamentali per il calcolo della risposta delle strutture aeronautiche che costituiscono la base delle nozioni avanzate di analisi strutturale fornite nei successivi corsi specialistici. Il corso fornirà una descrizione dettagliata delle strutture aeronautiche e delle loro funzioni, delle loro problematiche di progetto tipiche, dei carichi agenti e dei modelli utilizzati per effettuarne l’analisi.
This course is aimed at providing the basic notions which are fundamental toward the prediction of the response of aircraft structures and constitute the basis of the advanced notions provided by future courses. The course will provide a detailed description of aircraft structures and of their purpose, of typical design problems, of loadings and of the models used for carrying out the analysis.
Gli studenti apprenderanno le tecniche classiche per il calcolo della risposta e dello stato di sollecitazione delle strutture a semiguscio ideale e matureranno una mentalità critica verso le moderne tecniche di calcolo numerico automatico, di cui apprenderanno i concetti di base e come utilizzarne le grandi potenzialità. Quindi gli studenti acquisiranno la capacità di prevedere il comportamento delle strutture mediante le tecniche semplificate correntemente usate nel progetto preliminare
The students will learn the classical techniques used for computing response and stress state of stiffened aircraft structures, which will enable them to understand the modern computational techniques of analysis and how to exploit their great potential toward a rational design of aircraft structures. So the students will acquire the capability to predict the behavior of aircraft structures using the simplified techniques currently employed for a preliminary design
Per seguire in modo efficace l’insegnamento, gli studenti devono avere acquisito le nozioni di base sull’equilibrio dei corpi elastici, la teoria delle aste e delle travi e i fondamenti dell’analisi matematica, in particolare del calcolo differenziale ed integrale.
In order to successfully avail themselves of the course, students should know basic concepts about equilibrium of elastic bodies, the theory of beams and columns and the fundamentals of mathematical analysis, in particular of differential and integral calculus.
Introduzione: Classificazione degli aeromobili, architettura e funzioni degli elementi strutturali. Peculiarità del progetto strutturale aeronautico. Requisiti di specifica, compiti e metodi dell'analisi strutturale, natura probabilistica del progetto strutturale, carico limite, carico ultimo, criteri di progetto, margine di sicurezza. Determinazione dei carichi: carichi di manovra, fattore di carico, esempi di manovre tipiche e sollecitazioni che arrecano. Brusca manovra longitudinale, diagramma di manovra, ripartizione della portanza tra l'ala e la coda. Determinazione carichi di raffica e diagramma di raffica, diagramma di inviluppo. Modello del Semiguscio: Introduzione agli schemi a semiguscio/guscio rinforzato. Richiami sullo stato tensionale di strutture a trave in parete sottile soggette a flessione, torsione, taglio e compressione. Larghezza collaborante, Definizione del semiguscio ideale. Analisi di elementi strutturali mediante il modello del semiguscio ideale. Flussi di taglio nei pannelli, sforzi nei correnti, gradiente di torsione, centro di taglio, sezioni multicella. Trave a semiguscio rastremata. Le aperture nelle strutture a semiguscio. Analisi della stabilità elastica delle strutture aeronautiche: richiami e approfondimenti sulla instabilità globale euleriana, instabilità locale e torsionale di aste compresse. Instabilità di pannelli soggetti a compressione mono e bi-assiale e a taglio. Campo di tensione tangenziale e diagonale. Giunzioni: Tipiche architetture strutturali di ala, impennaggi e fusoliera; modi primari di propagazione dei carichi all'interno di queste strutture. Calcolo di piastre di attacco, giunzioni chiodate ed incollate. Materiali di impiego aeronautico: leghe leggere, leghe di titanio, acciai, cenni sui materiali compositi. Selezione del materiale. Introduzione al progetto a Fatica: Spettro di carico, Concetto di struttura safe-life, fail-safe e damage tolerant. Concentrazioni di stress e tensioni residue. Le curve S-N, Regola di Miner, Formula di Paris. Cenni ai metodi avanzati di soluzione dei problemi strutturali: Rayleigh-Ritz, Galerkin, Elementi Finiti. Cenni di aeroelasticità statica : Effetto della flessibilità sulla distribuzione di portanza, divergenza torsionale, inversione dei comandi. In base alle disponibilità, sono previsti seminari tenuti da esperti aziendali e/o visite alla collezione del Museo Aeronautico e/o al Laboratorio Strutture del Politecnico di Torino allo scopo di vedere applicazioni pratiche dei concetti studiati.
Introduction: Classification of aircraft, architecture and functions of the structural elements. Peculiarities of aircraft structural design. Requirements, Objectives and methods of structural analysis, limit load, ultimate load, design criteria, safety margin. Determination of loads: maneuvering loads, load factor, examples of typical maneuvers and stress they cause. Longitudinal abrupt maneuver, maneuver diagram, distribution of lift between the wing and tail. Determination of gust loads and gust diagram, flight envelope. Reinforced shell configuration: Introduction to reinforced shell configuration. Stress state of thin walled beam-like structures subjected to bending, torsion, shear and compression. Effective width in the structural idealization process. Panels-stringers approximation of a thin-walled section, Axial stress in the stringers, Shear flow in the sheet components, Torsion of panel-stringer sections. Multi-cells sections subjected to shear/torsion. Tapered beam. The openings in the idealized shell structures. Static elastic stability limits of aircraft structures. Global, local and torsional critical conditions of columns. Critical conditions of panels under in-plane compressive and shear loading. Stress fields of panels under shear loading. Joints: Typical structural architectures of wings, tail and fuselage; primary modes of loads propagation. Methods of computation of fitting and connections. Aircraft Materials: light alloys, titanium alloys, steels, basics on composites. Material selection. Introduction to fatigue: loads spectrum. Concept of safe-life, fail safe and damage tolerant structures. Stress concentration and residual stresses, S-N curves, Miner Rule, Paris Law. Introduction to advanced methods for structural solution of aerospace structures: Rayleigh-Ritz, Galerkin and Finite Elements methods. Elements of static aeroelasticity: Effect of flexibility on the lift distribution, torsional divergence, control reversal. Based on availability are planned seminars by experts from companies and/or visits to the Politecnico di Torino Aeronautical Museum and/ or structural laboratory in order to see the practical applications of the concepts studied.
Le nozioni apprese durante le lezioni sono applicate a casi pratici durante le esercitazioni, che sono svolte allo scopo di risolvere problemi rilevanti dell’analisi delle strutture aeronautiche anche se applicate a casi semplici che possono essere svolti in breve tempo. Le esercitazioni comprendono: il tracciamento dei diagrammi di manovra, raffica e inviluppo per un velivolo di riferimento, il calcolo della ripartizione della portanza sull'ala e sulla coda in punti caratteristici del diagramma di inviluppo, il calcolo degli sforzi sull'ala e sulla fusoliera e la determinazione delle tensioni sui pannelli, sui correnti e sulle solette dei longheroni, il calcolo del centro di taglio e del gradiente di torsione di sezioni alari. Si calcoleranno inoltre i punti critici di aste e pannelli e lo stato tensionale in una piastra di attacco ala-fusoliera. E' anche prevista una esercitazione sperimentale facoltativa relativa alla determinazione sperimentale della posizione del centro di taglio di una trave in parete sottile a sezione aperta (da effettuarsi presso il DEXPILAB non appena raggiunta la completa operatività).
The notions given during lections are applied to practical cases during the practice hours, with the purpose to solve the most relevant problems of the analysis of aircraft structures considering simple cases that can be solved with a limited effort. Practice include: construction of diagrams of maneuver, gust and flight envelope, the computation of wings and fuselage loadings, the computation of stresses in the panels and in the stringers, and the computation of the shear centre and the rotation gradient under torsion of wing sections. After, the critical loads at the critical point of columns and panels and the stresses in a wing-fuselage bolted joint will be computed. A facultative experimental test regarding the determination of the shear center position for an open section thin walled beam is also offered (to be carried out at DEXPILAB, when fully operative).
Testi di riferimento: Appunti forniti dai docenti tramite il portale della didattica. Testi consigliati per approfondimenti: - Di Sciuva M. "Testi coordinati di analisi strutturale" Politeko - E.Cestino, G.Frulla “Costruzioni Aeronautiche: eserciziario minimo” CLUT 2017 - T.H.G. Megson, "Aircraft Structures for engineering students", Arnold (London) 1999 - E.F. Bruhn, "Analysis and design of flight vehicle structures", Jacobs Publishing inc. 1973 - M.C.Y. Niu, "Airframe structural design. Practical design information and data on aircraft structures", Conmilit Press Ltd. 1988 - M.C.Y. Niu, "Airframe stress analysis and sizing", Conmilit Press Ltd. 1988 - Rivello, R.M. "Theory and analysis of flight structures"New York : McGraw- Hill, 1969
Reference books: teacher's lesson notes. - Di Sciuva M. "Testi coordinati di analisi strutturale" Politeko - E.Cestino, G.Frulla “Costruzioni Aeronautiche: eserciziario minimo” CLUT 2017 - T.H.G. Megson, "Aircraft Structures for engineering students", Arnold (London) 1999 - E.F. Bruhn, "Analysis and design of flight vehicle structures", Jacobs Publishing inc. 1973 - M.C.Y. Niu, "Airframe structural design. Practical design information and data on aircraft structures", Conmilit Press Ltd. 1988 - M.C.Y. Niu, "Airframe stress analysis and sizing", Conmilit Press Ltd. 1988 - Rivello, R.M. "Theory and analysis of flight structures"New York : McGraw- Hill, 1969
Modalità di esame: Prova scritta su carta con videosorveglianza dei docenti;
L'esame si terrà attraverso la piattaforma di Virtual Classroom del Portale della didattica e si svolgerà in tre fasi: Fase 1 [8-10 Pt]: identificazione del candidato e svolgimento di un breve esercizio della durata massima di 10-15 minuti. Al termine della fase, lo studente dovrà mostrare in webcam la soluzione e caricare una scansione chiaramente leggibile unitamente al documento di identità (il documento dovrà essere denominato CognomeNome_fase1.pdf o CognomeNome_fase1.jpg.). L’invio deve essere effettuato tramite il Portale della Didattica attraverso il servizio di “Consegna Elaborati” accessibile dalla pagina del corso.l docente verifica l’invio e congeda lo studente. Fase 2 [10-12 Pt]: ulteriore esercizio o dimostrazioni della durata di 15-20 minuti. Al termine della fase, lo studente dovrà mostrare in webcam la soluzione e caricare una scansione chiaramente leggibile (il documento dovrà essere denominato CognomeNome_fase2.pdf o CognomeNome_fase2.jpg.). L’invio deve essere effettuato tramite il Portale della Didattica attraverso il servizio di “Consegna Elaborati” accessibile dalla pagina del corso.l docente verifica l’invio e congeda lo studente. Fase 3 [8-10Pt]: domanda teorica con eventuale dimostrazione o esercizio concettuale (durata di 10-15 minuti). Al termine della fase, lo studente dovrà mostrare in webcam la soluzione. Alla fine delle fasi 1 e 2 verrà sempre comunicato il voto parziale. Nelle varie fasi, la modalità di scrittura è quella su supporto cartaceo. La valutazione del report sull’esercitazione sperimentale facoltativa permette di ottenere fino ad 1 punto aggiuntivo Durante la prova non è possibile portare ed utilizzare alcun appunto o dispensa. Eventuali tabelle, formule o grafici, che dovessero servire per svolgere la prova, verranno forniti dal docente durante l'esame.
Exam: Paper-based written test with video surveillance of the teaching staff;
The exam mode is a written exam remotely performed by the Polito Virtual Classroom The exam will be divided into three phases: Phase 1 [8-10 Pt]: identification of the candidate and execution of a short exercise of a maximum duration of 10-15 minutes at the end of which the student will have to show the solution on webcam and upload a clearly readable scan (the document must be named SurnameName_fase1.pdf or SurnameName_fase1.jpg.). The submission must be made through the Teaching Portal through the "Delivery Documents" service accessible from the course page. The teacher verifies the submission and dismisses the student. Phase 2 [10-12 Pt]: further exercise or demonstrations lasting 15-20 minutes after which the student will have to show the solution on webcam and upload a clearly readable scan (the document must be named SurnameName_fase2.pdf or SurnameName_fase2.jpg.). The submission must be made through the Teaching Portal through the "Delivery Documents" service accessible from the course page. The teacher verifies the submission and dismisses the student. Phase 3 [8-10Pt]: theoretical question with possible demonstration or conceptual exercise (10-15 minutes) at the end of which the student will have to show the solution on webcam. At the end of phases 1 and 2 the partial vote will always be communicated. In the various phases, the writing method is that on paper, unless otherwise communicated by the teacher in using a digital whiteboard. Up to 1 additional point can be achieved on the basis of the report about the facultative experimental test.
Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova scritta su carta con videosorveglianza dei docenti;
L'esame si terrà attraverso la piattaforma di Virtual Classroom del Portale della didattica in caso di modalità in remoto o in aula su supporto cartaceo fornito dal docente nel caso di modalità in presenza e si svolgerà in tre fasi: Fase 1 [8-10 Pt]: identificazione del candidato e svolgimento di un breve esercizio della durata massima di 10-15 minuti. Al termine della fase, nella modalità in remoto, lo studente dovrà mostrare in webcam la soluzione e caricare una scansione chiaramente leggibile unitamente al documento di identità (il documento dovrà essere denominato CognomeNome_fase1.pdf o CognomeNome_fase1.jpg.). L’invio deve essere effettuato tramite il Portale della Didattica attraverso il servizio di “Consegna Elaborati” accessibile dalla pagina del corso. ll docente verifica l’invio e congeda lo studente. In caso di modalità in presenza si consegnerà l'elaborato direttamente al docente. Fase 2 [10-12 Pt]: ulteriore esercizio o dimostrazioni della durata di 15-20 minuti. Al termine della fase, nella modalità in remoto, lo studente dovrà mostrare in webcam la soluzione e caricare una scansione chiaramente leggibile (il documento dovrà essere denominato CognomeNome_fase2.pdf o CognomeNome_fase2.jpg.). L’invio deve essere effettuato tramite il Portale della Didattica attraverso il servizio di “Consegna Elaborati” accessibile dalla pagina del corso. ll docente verifica l’invio e congeda lo studente. In caso di modalità in presenza si consegnerà l'elaborato direttamente al docente. Fase 3 [8-10Pt]: domanda teorica con eventuale dimostrazione o esercizio concettuale (durata di 10-15 minuti). Al termine della fase, nella modalità in remoto, lo studente dovrà mostrare in webcam la soluzione. In caso di modalità in presenza si consegnerà l'elaborato direttamente al docente. Alla fine delle fasi 1 e 2 verrà sempre comunicato il voto parziale. Nelle varie fasi, la modalità di scrittura è quella su supporto cartaceo. La valutazione del report sull’esercitazione sperimentale facoltativa permette di ottenere fino ad 1 punto aggiuntivo Durante la prova non è possibile portare ed utilizzare alcun appunto o dispensa. Eventuali tabelle, formule o grafici, che dovessero servire per svolgere la prova, verranno forniti dal docente durante l'esame.
Exam: Written test; Paper-based written test with video surveillance of the teaching staff;
The exam mode is a written exam remotely performed by the Polito Virtual Classroom or a onsite written exam with a paper support provided by the teacher The exam will be divided into three phases: Phase 1 [8-10 Pt]: identification of the candidate and execution of a short exercise of a maximum duration of 10-15 minutes at the end of which the student will have to show the solution on webcam and upload a clearly readable scan (the document must be named SurnameName_fase1.pdf or SurnameName_fase1.jpg.). The submission, in the remote examination, must be made through the Teaching Portal through the "Delivery Documents" service accessible from the course page. The teacher verifies the submission and dismisses the student. In the onsite examination, the solution will be delivered directly to the teacher. Phase 2 [10-12 Pt]: further exercise or demonstrations lasting 15-20 minutes after which the student will have to show the solution on webcam and upload a clearly readable scan (the document must be named SurnameName_fase2.pdf or SurnameName_fase2.jpg.). The submission, in the remote examination, must be made through the Teaching Portal through the "Delivery Documents" service accessible from the course page. The teacher verifies the submission and dismisses the student. In the onsite examination, the solution will be delivered directly to the teacher. Phase 3 [8-10Pt]: theoretical question with possible demonstration or conceptual exercise (10-15 minutes) at the end of which the student will have to show the solution on webcam in the remote examination. In the onsite examination, the solution will be delivered directly to the teacher. At the end of phases 1 and 2 the partial vote will always be communicated. In the various phases, the writing method is that on paper, unless otherwise communicated by the teacher in using a digital whiteboard. Up to 1 additional point can be achieved on the basis of the report about the facultative experimental test.


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