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Tecnologie aerospaziali

03FKWMT

A.A. 2021/22

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Aerospaziale - Torino

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
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Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/04 6 D - A scelta dello studente A scelta dello studente
2020/21
Scopo del Corso è quello di fornire agli allievi le conoscenze di base relative sia ai principali processi di lavorazione oggi in uso, o di probabile adozione, nell’industria aerospaziale (fusione, stampaggio, lavorazioni alla macchina utensile dei metalli, saldatura, friction-stir-welding, SPF-DB, chiodatura, incollaggio, formatura in autoclave o alla pressa dei compositi, additive manufacturing, stampa 3D etc.) sia alle più importanti proprietà ingegneristiche dei materiali metallici e compositi maggiormente utilizzati per la realizzazione di una determinata struttura aeronautica o spaziale o componente di motore. Tale studio verrà condotto sia dal punto di vista tecnico-economico sia da quello affidabilistico. Particolare attenzione sarà dedicata ai fenomeni di fatica nelle strutture aerospaziali ed ai loro importanti effetti sulla vita di un aeromobile o elemento strutturale; ed in tale studio particolare importanza avranno le tecniche non distruttive di rilevamento di difetti o di delaminazioni presenti nelle strutture, manutenzione e riparazione. Lo studente sarà seguito personalmente dal docente nell’apprendimento durante le esercitazioni, laboratori e gli eventuali colloqui durante le ore di consulenza. Sono previste visite aziendali e docenze aziendali per lo studio di cellule e motori.
Aim of the course is to provide to the students the basic knowledge on the main manufacturing processes actually used in the aerospace industry, and on novel technologies that will probably applied in the next years (foundry, metal forming, machining, welding, friction stir welding, SPF-DB, composite materials and manufacturing processes, additive manufacturing , 3D-print etc.). The course will examine the engineering proprieties of the materials principally utilized in the aerospace structures and engines: metals, ceramics and composite materials. In particular the fatigue and corrosion proprieties of the materials will be analyzed in order to evidence the correlation between the material selection and the fatigue life of the components. The non-destructive techniques (NDT) will be presented and discussed for the assessment of product quality or the detection of defects or delaminations. Students shall be followed by professor and tutors during lessons, exercises and laboratory tests. When possible some technical visits to aerospace industries shall be organized.
Consentire allo studente, partendo dai requisiti di una struttura aerospaziale, di stabilire il miglior processo produttivo per la costruzione della struttura stessa, e della scelta di materiale più opportuna.
Starting from the aerospace structure requirements, students shall be able to decide the most appropriate manufacturing process and to choose the most appropriate material for that technological process.
Conoscenze di disegno tecnico, costruzioni aeronautiche, propulsione, materiali aerospaziali
The course makes reference to concepts, notions and methodologies from the courses of engineering drawing, aircraft structures, jet propulsion, design of aerospace vehicles.
Introduzione: Evoluzione dei requisiti, dei materiali e delle tecnologie nelle strutture aeronautiche e spaziali. Situazione attuale e sviluppi futuri. Criteri ed indici di merito per la scelta dei materiali e delle tecnologie. Tecnologie leghe metalliche: I Materiali metallici; struttura e deformazione dei solidi; legge costitutiva elastoplastica; leghe di alluminio, magnesio, titanio e acciai. Effetti dell’ambiente spaziale sul comportamento dei materiali. Trattamenti termici, rivestimenti e protezioni superficiali. Prove per rilevare proprietà e caratteristiche dei materiali. Tecnologie convenzionali: fonderia; lavorazioni per deformazione plastica a caldo ed a freddo (laminazione, estrusione, trafilatura, stampaggio); lavorazione alla macchina utensile (descrizione principali macchine: tornio, trapano, alesatrice, fresatrice, etc); CAD-CAE-CAM. Simulazione numerica delle tecnologie. Tecnologie speciali di lavorazione: laser e water-jet. Tecnologie speciali: fresatura chimica, formatura superplastica, sinterizzazione. Cenni alle tecniche di additive manufacturing e stampa 3D. Metodi di collegamento convenzionali: chiodatura, saldatura, incollaggio. Metodi di collegamento speciali: laser beam, electron beam, friction-stir-welding. Assemblaggio delle strutture per la realizzazione del velivolo. Cicli di lavorazione e procedimenti tecnologici di tipici componenti di motori aerospaziali. Fatica: Fenomeni di fatica in campo aeronautico e spaziale; curve S-N; tensioni residue; resistenza a fatica. Frattura e corrosione delle strutture aerospaziali. Fattori che influenzano le curve di fatica di un materiale: discontinuità geometriche, finitura superficiale, temperatura di impiego, pre-carico, rullatura e cold-working, pallinatura, etc. Tecnologie Materiali Compositi: Materiali compositi. Materiali convenzionali a matrice polimerica: rinforzi continui e discontinui, matrici, schiume e riempitivi. Materiali compositi innovativi: a matrice metallica, a matrice polimerica ed a matrice ceramica. Tecnologie convenzionali: formatura in autoclave o in pressa, avvolgimento, pultrusione, braiding, termoformatura, RIM, SMC, RTM, RFI. Metodi innovativi di collegamento: co-curing e fusion-bonding. Esempi di strutture aeronautiche in composito. Thermal Protection System delle strutture Spaziali: isolanti, refrattari ed ablativi. Controllo di qualità: Tecniche di controllo non distruttivo, manutenzione, riparazione. Problematiche sulla qualità. Prove per rilevare proprietà e caratteristiche delle strutture. Si prevede l’intervento di Ingegneri delle Industrie Aeronautiche e Spaziali dell’area Torinese con presentazione di loro memorie inerenti i processi di produzione di tipici componenti di Velivoli Aeronautici e Spaziali, la certificazione dei materiali, i controlli non distruttivi, la manutenzione dei velivoli, etc
Introduction: development of aerospace structures, materials and manufacturing processes. State-of-art and prospective. Criteria and merit index for the best choose of materials and technologies. Classification and comparison of main structural aerospace materials (Al, Ti, Mg and steel alloys, composite materials); mechanical and physical characteristics. Materials selection principles: relation between material properties and aeronautical applications, multi-property analyses. Aerospace applications requirements and quality standards. Metallic materials: Solid structure and deformation; elasto-plastic behaviour. Manufacturing characteristics, thermal treatment, alloy and temper designation systems; alloy development. Coatings and protection systems.. Environmental deterioration: Material corrosion, typologies, causes and prevention methods. Standard test methods for material mechanical and physical proprieties. Processes-products qualification. Non Destructive Inspection and Tests and Structural Health management systems Conventional manufacturing processes. Casting processes; hot and cold metal forming (forging, rolling, drawing, extrusion, etc.); machining processes (lathe, drilling, milling, broaching, sawing, etc.); CAD-CAE-CAM; Machining centres, advanced machining concepts and structures, and machining economics, Abrasive machining and finishing operations. Non conventional manufacturing processes: water-jet; chemical milling, Super Plastic Forming-Diffusion Bonding. Welding and joining processes: Riveting, welding, bonding. Arc-welding processes, shielded metal arc welding, gas metal arc welding, electro-gas welding, electrodes, non consumable electrode, Gas tungsten arc welding, plasma arc welding, basics of Laser welding. Sheet Metal Folding Other processes: Spot welding, Brazing and soldering. Laser beam, electron beam, friction-stir-welding. Introduction to additive manufacturing and 3D-print. Final assembly of aerospace structures. Fatigue: S-N curves, residual stresses, fatigue strength, stress concentration. Factors influencing the fatigue behaviour of metallic materials: geometric discontinuities, surface finishing, working temperature, pre-load, roll and cold-working, manufacturing processes, etc. Fracture mechanics. Composite Materials: aircraft structures in composite materials; innovative composite materials, processes. Materials: Carbon, glass, aramide and boron fibres production; thermosetting and thermoplastic composite for structural applications; resin properties: FST (Fire, Smoke, Toxic) requirements, flow, gel time, and Tg. Characteristic and requirements of composite materials for aeronautical applications. Comparison of static, fatigue, environmental behaviour with metallic materials; CTE and CME, composite structure lightning protection Production Processes: Basic principles (materials storage – layup - vacuum bag - cure cycle – NDI - trimming ; in-coming & process control specimens; facilities characteristics & certification). SMC (Sheet Moulding Compound); resin infiltration technologies. Multi-layers structure production. Tape and filament winding. Poltrusion, Braiding, Injection moulding, co-bonding e co-curing of primary structures, automatic deposition technology, Thermal expansion Moulding, composites repair processes, lightning for composite materials. Post autoclave processes: trimming – drilling – fastening – painting. Others: Production of aeronautical structures. Structural adhesives & foam adhesives. Sandwich structures. Metal Matrix composites; Ceramic composite. Several examples of aircraft structures shall be shown. Thermal Protection System for Space structures.
Introduzione alla rivettatura; modi di rottura di un giunto rivettato e dimensionamento del giunto. Elementi di calcolo delle probabilità: Definizioni di probabilità, Variabili aleatorie e distribuzioni, caratteristiche di una distribuzione, Teoremi limite, Probabilità di rottura strutturale. Elementi di Statistica: Analisi delle Frequenze, Momenti del campione, Distribuzioni campionarie, teoria della stima, il metodo dei minimi quadrati, Il metodo montecarlo; Simulazione di alcuni processi tecnologici mediante FEM (in base alla disponibilità e con intervento di esperto aziendale) . LABORATORIO SPERIMENTALE STRUTTURE AERONAUTICHE: Esempi di Strutture di Velivoli realizzati in fibra di carbonio. Modello di Aereo senza pilota (UAV). Pannelli irrigiditi ad I, T, Omega. Cicli di lavorazione e procedimenti tecnologici per l’assemblaggio di velivoli o di strutture spaziali. Visite ad industrie e laboratori dell’area Torinese.
Introduction to riveting; failure modes of a riveted joint and dimensioning. Elements of probability theory: Definitions of probability, random variables and distributions, characteristics of a distribution, limit theorems, probability of structural failure. Elements of Statistics: Analysis of frequencies, moments of a sample, sampling distributions, estimation theory, least square method, montecarlo method; AEROSPACE STRUCTURES LABORATORY: aeronautical structures: Examples of Aircraft Structures made of carbon fiber. Unmanned aerial vehicles (UAVs). Stiffened panels. Technological procedures for the assembly of an aircraft or space structures. Visits to industries and laboratories of Turin Area.
Bibliografia (Testi per approfondimento ed ulteriore consultazione) G. Romeo: Appunti per il corso di "Tecnologie Aerospaziali". Politeko Ed. (non esaustiva) D.F. Horne: "Aircraft Production Technology", Cambridge Univ Press, 1986. M. Marchetti, Felli: "Tecnologie Aeronautiche", Editrice ESA, Milano D.H. Middleton: "Composite Materials in Aircraft Structures", Longman S.&T., UK, 1990 Lubin: "Handbook of Composites", Van Nostrand, New York Schwartz: "Composite Materials Handbook", McGraw-Hill Book Co., New York M. Marchetti, D. Cutolo: "Tecnologie dei Materiali Compositi", Editrice ESA, Milano, 1991 Noor: "Structures Technology for Future Aerospace Systems", AIAA Vol.188, Reston J. Delmonte, Tecnology of Carbon and Graphite Fiber Composites, Van Nostrand Reihnold, 1981
1) G. Romeo: Appunti per il corso di "Tecnologie Aerospaziali". Politeko Ed. (not complete). 2) D.F. Horne: "Aircraft Production Technology", Cambridge Univ Press, 1986. 3) M. Marchetti, Felli: "Tecnologie Aeronautiche", Editrice ESA, Milano 4) D.H. Middleton: "Composite Materials in Aircraft Structures", Longman S.&T., UK, 1990 5) Lubin: "Handbook of Composites", Van Nostrand, New York 6) Schwartz: "Composite Materials Handbook", McGraw-Hill Book Co., New York 7) M. Marchetti, D. Cutolo: "Tecnologie dei Materiali Compositi", Editrice ESA, Milano, 1991 8) Noor: "Structures Technology for Future Aerospace Systems", AIAA Vol.188, Reston 9) J. Delmonte, Tecnology of Carbon and Graphite Fiber Composites, Van Nostrand Reihnold, 1981
Modalità di esame: Prova scritta su carta con videosorveglianza dei docenti;
Lo studente sarà seguito personalmente dal docente e/o dai collaboratori nell’apprendimento, durante le lezioni ed esercitazioni ed il laboratorio in corso d’anno. Si andrà a verificare la conoscenza adeguata degli aspetti metodologici -operativi insegnati durante il corso, e la capacità di utilizzare tale conoscenza per interpretare e descrivere i problemi relativi ai contenuti del Corso. La preparazione dello studente sarà valutata in un esame scritto sugli argomenti trattati a lezione. La durata dell’esame è di 2 ore e lo studente dovrà rispondere ad 4 domande a risposta aperta e dovrà svolgere numericamente 2 esercizi sugli argomenti trattati nel corso. Lo studente potrà utilizzare il materiale messo a disposizione dal docente il giorno dell'esame. LA valutazione massima è 30/30.
Exam: Paper-based written test with video surveillance of the teaching staff;
Students shall be followed by professor and tutors during lessons, exercises and laboratory tests. The methodological and analytical elements explained during the course and the capability to use such elements to describe the several items reported in the course shall be verified during the final exam. Student prep shall be evaluated by a 2 hours written examination containing all the items of the course. 4 questions and 2 exercise shall be submitted. It is possible to use materials available by the professor during exam. Maximum mark : 30/30.
Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova scritta su carta con videosorveglianza dei docenti;
Lo studente sarà seguito personalmente dal docente e/o dai collaboratori nell’apprendimento, durante le lezioni ed esercitazioni ed il laboratorio in corso d’anno. Si andrà a verificare la conoscenza adeguata degli aspetti metodologici -operativi insegnati durante il corso, e la capacità di utilizzare tale conoscenza per interpretare e descrivere i problemi relativi ai contenuti del Corso. La preparazione dello studente sarà valutata in un esame scritto sugli argomenti trattati a lezione. La durata dell’esame è di 2 ore e lo studente dovrà rispondere ad 4 domande a risposta aperta e dovrà svolgere numericamente 2 esercizi sugli argomenti trattati nel corso. Lo studente potrà utilizzare il materiale messo a disposizione dal docente il giorno dell'esame. LA valutazione massima è 30/30.
Exam: Written test; Paper-based written test with video surveillance of the teaching staff;
Students shall be followed by professor and tutors during lessons, exercises and laboratory tests. The methodological and analytical elements explained during the course and the capability to use such elements to describe the several items reported in the course shall be verified during the final exam. Student prep shall be evaluated by a 2 hours written examination containing all the items of the course. 4 questions and 2 exercise shall be submitted. It is possible to use materials available by the professor during exam. Maximum mark : 30/30.


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