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PORTALE DELLA DIDATTICA

Strutture per veicoli spaziali

04LNUMT

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
Collaboratori
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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
L’insegnamento intende fornire metodologie di calcolo analitico e della meccanica computazionale utilizzate in campo spaziale. Ampia parte del corso è dedicata allo studio di modelli matematici per la caratterizzazione delle strutture spaziali soggette a carichi meccanici e di campo, statici e dinamici. Verranno approfonditi i problemi non-lineari del calcolo strutturale, con particolare attenzione alle strutture dispiegabili e gonfiabili. Infine, si forniranno elementi di calcolo per l’analisi dinamica multi-corpo di meccanismi e veicoli spaziali.
This course introduces aerospace engineering students to analytical and computational calculus methodologies for spacecraft. A considerable part of the course will be devoted to the study of the mathematical models for the analysis of spacecraft structures subjected to static and dynamic loadings, including thermal ones. Fundamentals of nonlinear structural mechanics will be discussed, with particular emphasis given to deployable mechanisms and inflatable spacecraft. Finally, elements of multi-body dynamics applied to space vehicles will be given.
Acquisire le capacità per affrontare un problema di progetto della struttura e dei suoi elementi. Capire e conoscere gli strumenti di calcolo per la verifica di un veicolo spaziale.
Students will be able to deal with the design and the analysis of spacecraft and space mechanisms structures. They will know the main tools for carrying out the structural verification of space vehicles.
Conoscenze di base del calcolo strutturale.
Fundamentals of structural mechanics.
Introduzione al progetto di strutture e ai meccanismi spaziali. Cenni all’ambiente spaziale e ai carichi tipici al lancio ed in orbita (es. carichi termici, acustici, carichi da decompressione, etc.). Introduzione agli elementi finiti per analisi statiche e dinamiche. Formulazione dell’elemento finito 1D/2D e applicazione ai laminati. Risposta elastica ai carichi termici. Frequenze naturali e modi propri di vibrare con modelli a masse concentrate e agli elementi finiti. Masse modali effettive. Metodo di condensazione statica (Guyan). Metodo di Craig-Bampton e sub-structuring dinamico. Risposta a vibrazioni randomiche e risposta a carichi acustici. Elementi sul calcolo delle strutture a guscio rinforzato. Problemi nonlineari nelle strutture spaziali. Non-linearità fisiche, geometriche e di contorno. Il tensore di deformazione di Green-Lagrange e formulazione dell’elemento finito geometrico non-lineare. Cenni a metodi tipo Newton-Raphson e path-following per la risoluzione di problemi non-lineari. Meccanica dei corpi rigidi. Equazioni cinematiche e dinamica dei corpi rigidi. Corpi deformabili nell’analisi multi-corpo dei meccanismi spaziali. Strutture spaziali dispiegabili. Strutture inflatable manned/unmanned.
Introduction to the design of space structures and mechanisms. Overview of the space environment, lunch and in-orbit loads (e.g., thermal loads, acoustic loads, decompression loads, etc.). Introduction to the finite element method for static and dynamic analyses. Derivation of 1D/2D finite elements with application to laminated structures. Response to thermal loads. Calculation of natural frequencies and mode shapes with mass-spring models and finite elements. Effective modal masses. Static condensation (Guyan method). Craig-Bampton method and dynamic sub-structuring. Response to random vibration and acoustic loads. Details on the analysis of reinforced shell structures. Nonlinear problems in space structures. Material, geometrical and boundary conditions nonlinearities. The Green-Lagrange strain tensor and formulation of the geometrical nonlinear finite element. Overview on resolution methods for nonlinear problems based on a path-following Newton-Raphson algorithm. Mechanics of rigid bodies. Kinematic and dynamic equations of the rigid bodies. Flexible bodies in the multi-body analysis of space mechanisms. Deployable space structures. Manned/Unmanned, inflatable spacecraft.
L’insegnamento è composto da lezioni teoriche ed esercitazioni. Quest'ultime rappresentano una parte fondamentale del corso essendo qui approfondite applicazioni ai diversi temi indicati nel programma, eventualmente facendo uso di codici accademici e commerciali. È inoltre sviluppato un progetto di gruppo su argomento di interesse ESA. Il lavoro di gruppo sarà oggetto di discussione e revisione in itinere con la docenza durante tutto il corso.
The course is made of theoretical and lab classes. The latter ones represent a fundamental part of the course. In particular, applications to the different topics specified in the program will be here examined in depth, by using academic and commercial software tools. Furthermore, a class project will be developed on an argument of ESA relevance. This group work will be object of discussion and will be revised with the teacher during the entire course.
Non sono richieste nozioni aggiuntive a quanto detto a lezione. Alcuni argomenti possono essere approfonditi nei seguenti testi: E. Carrera, M. Cinefra, “Fondamenti di Meccanica Strutturale per Allievi Ingegneri Aerospaziali”, CLUT. E. Carrera, “Fondamenti sul Calcolo di Strutture a Guscio Rinforzato per Veicoli Aerospaziali”, Levrotto&Bella. T.P. Sarafin, “Spacecraft Structures and Mechanisms”, Space Technology Library. J.J. Wijker, “Spacecraft Structures”, Springer.
No additional material is needed besides the course notes. Interested students can go deeper into the matter with the help of the following texts: E. Carrera, M. Cinefra, “Fondamenti di Meccanica Strutturale per Allievi Ingegneri Aerospaziali”, CLUT. E. Carrera, “Fondamenti sul Calcolo di Strutture a Guscio Rinforzato per Veicoli Aerospaziali”, Levrotto&Bella. T.P. Sarafin, “Spacecraft Structures and Mechanisms”, Space Technology Library. J.J. Wijker, “Spacecraft Structures”, Springer.
Modalità di esame: Prova orale obbligatoria;
L’esame consiste in una prova orale di circa 30-45 minuti e si articolerà su 3-4 domande di cui almeno una sul lavoro di gruppo. I criteri di valutazione si riferiscono all’accertamento del raggiungimento dei seguenti obiettivi (coerentemente con i Risultati dell’apprendimento attesi sopra dichiarati): 1. conoscenza dell’ambiente operativo e degli strumenti di calcolo per la verifica delle strutture e dei meccanismi spaziali; 2. capacità di trasferire le conoscenze acquisite nel corso delle lezioni e delle esercitazioni a problemi di interesse pratico.
Exam: Compulsory oral exam;
The exam consists of an oral test of about 30-45 minutes during which 3-4 questions will be discussed, at least one being about the group project. The assessment criteria will be aimed at verifying the fulfilment of the following objectives (in accordance with the aforementioned Expected Learning Outcomes): 1. awareness of the space environment and loadings and ability to apply the methodologies and appropriate tools for the analysis of the space structures and mechanisms; 2. ability to transfer the acquired knowledge to problems of engineering relevance.
Modalità di esame: Prova orale obbligatoria;
L’esame consiste in una prova orale di circa 30-45 minuti e si articolerà su 3-4 domande di cui almeno una sul lavoro di gruppo. I criteri di valutazione si riferiscono all’accertamento del raggiungimento dei seguenti obiettivi (coerentemente con i Risultati dell’apprendimento attesi sopra dichiarati): 1. conoscenza dell’ambiente operativo e degli strumenti di calcolo per la verifica delle strutture e dei meccanismi spaziali; 2. capacità di trasferire le conoscenze acquisite nel corso delle lezioni e delle esercitazioni a problemi di interesse pratico.
Exam: Compulsory oral exam;
The exam consists of an oral test of about 30-45 minutes during which 3-4 questions will be discussed, at least one being about the group project. The assessment criteria will be aimed at verifying the fulfilment of the following objectives (in accordance with the aforementioned Expected Learning Outcomes): 1. awareness of the space environment and loadings and ability to apply the methodologies and appropriate tools for the analysis of the space structures and mechanisms; 2. ability to transfer the acquired knowledge to problems of engineering relevance.


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