Il corso ha come obiettivo quello di fornire gli elementi di base fondamentali per il calcolo delle strutture aeronautiche e di collocare nella giusta ottica le nozioni avanzate di analisi strutturale che apprenderanno nei successivi corsi specialistici.Gli studenti apprenderanno le tecniche classiche di calcolo delle strutture a semiguscio ideale che permetteranno loro di effettuare il dimensionamento di massima delle strutture dei velivoli e di maturare una mentalità critica verso i moderni codici di calcolo automatico, che permetterà loro di utilizzarne con consapevolezza le grandi potenzialità, così come i concetti di base di tali strumenti, i nuovi materiali e relative architetture strutturali. Il corso fornirà una descrizione dettagliata delle strutture aeronautiche e delle loro funzioni, delle problematiche strutturali, in particolare la stabilità, e degli strumenti di base per la loro soluzione, introdurrà alle moderne tecniche di progetto e calcolo computazionali, fornirà informazioni sugli elementi costruttivi della cellula e dei suoi principali componenti (organi di comando, carrello, ecc.). Gli studenti applicheranno le nozioni apprese precedentemente allo studio delle strutture dei velivoli. Sono di fondamentale importanza le nozioni di statica delle forze, dell¿analisi matematica e dell¿equilibrio della trave, sia per questo scopo, sia per l¿apprendimento degli elementi di base delle tecniche agli elementi finiti.

Funzioni degli elementi strutturali, determinazione dei carichi agenti e modelli strutturali basilari. Modi primari di propagazione dei carichi all'interno delle strutture aeronautiche. Analisi di elementi strutturali mediante il modello del semiguscio ideale. Analisi di stabilità elastica di elementi uni e bi-dimensionali. Fondamenti delle tecniche a elementi finiti.

Teoria della trave. Fondamenti del calcolo differenziale ed integrale.

Architettura degli elementi strutturali e loro funzioni. Carichi agenti e problematiche peculiari del progetto strutturale aeronautico. Requisiti di specifica, compiti e metodi dell'analisi strutturale, prescrizioni di robustezza, rigidezza, elasticità, instabilità, fatica. Concetto di struttura safe-life, fail-safe e damage tolerant. Carichi derivanti da manovre dell'aeromobile e dalla turbolenza atmosferica. Norme di aero-navigabilità. Diagrammi di manovra, raffica e inviluppo secondo le normative vigenti. Sollecitazioni normale, di taglio flessione e torsione nelle strutture che questi carichi generano. Ripartizione della portanza tra l'ala e la coda. Brusca manovra longitudinale. Tipiche architetture strutturali di ala, impennaggi e fusoliera. Attacchi a sforzi concentrati e diluiti; ali rastremate e a freccia. Carichi termici e principali effetti della temperatura sulle strutture. Materiali impiegati nelle strutture aerospaziali. Tecniche di unione e di incollaggio. Materiali compositi. Il modello a semiguscio ideale. Flussi di taglio nei pannelli, sforzi nei correnti, gradiente di torsione, centro di taglio, sezioni multicella. Calcolo delle tensioni locali mediante tale modello. Modello piastra di Kirchoff e deformazioni non lineari di von Kàrmàn. Limiti di stabilità elastica (concetti, definizioni e criteri). Punti limite e punti di biforcazione. Effetto delle imperfezioni di forma. Approfondimento dell¿instabilità biforcativa. Punti critici per instabilità generale, locale e flesso - torsionale delle aste compresse. Punti critici dei pannelli compressi o sollecitati a taglio nel loro piano, con carie condizioni di vincolo. Cenni sul comportamento post-critico. Campo di tensione diagonale completo e parziale delle piastre sollecitate a taglio. Deformabilità dei pannelli sollecitati a taglio in campo postcritico. Introduzione al metodo degli elementi finiti. Formulazione del problema strutturale agli spostamenti e confronto con l¿approccio alle forze fin qui utilizzato. Elementi asta, trave e piastra. Applicazioni all¿analisi di componenti strutturali.

Le esercitazioni saranno parte in aula e parte in laboratorio. Nelle esercitazioni in aula saranno applicate le nozioni apprese durante le lezioni per risolvere problemi tipici di analisi strutturale. Le esercitazioni in laboratorio mostreranno i principali fenomeni fisici coinvolti e come effettuarne una misurazione. Le esercitazioni in aula 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, la determinazione delle tensione 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 pensionale in una piastra di attacco ala-fusoliera. Si visiterà la collezione di componenti strutturali del museo aeronautico del DIASP allo scopo di vedere applicazioni pratiche dei concetti studiati. Si effettueranno prove di caratterizzazione dei materiali presso il laboratorio Laq-Aermec, misure a tutto campo degli spostamenti di panelli mediante ESPI prove di pannelli soggetti a compressione e una prova di torsione di un cassone alare. Gli studenti hanno a disposizione dei colloqui periodici da usufruire per il chiarimento di dubbi o lacune.

a) Testo di riferimento per il corso:
Appunti forniti dal docente
b) Per approfondimenti ed ulteriore consultazione:
T.H. Megson, "Aircraft Structures for Engineering Students", Edward Arnold

L¿esame nel primi due appelli immediatamente dopo la conclusione del corso è scritto. In tutti gli altri appelli dell¿anno accademico l¿esame e¿ orale. Gli argomenti sono ovviamente gli stessi per le due modalità, scelti tra quelli trattati durante il corso. L¿esame scritto consiste nella risposta alle domande di un questionario che richiedono l¿esecuzione di calcoli. Il tempo a disposizione è di 2 ore. Non è ammessa la consultazione di alcun tipo di materiale. Viene indicato nel testo dell¿esame il punteggio attribuito ad ogni domanda e le domande a cui lo studente deve rispondere per conseguire la sufficienza. Il risultato positivo dell¿esame scritto deve essere registrato nella stessa sessione, pena il decadimento del voto ottenuto. L¿esame orale consiste in tre domande, ciascuna della durata di circa un quarto d¿ora, che comportano lo svolgimento di brevi calcoli (gli stessi degli esami scritti) inerenti a problemi tipici di analisi strutturale. Durante il corso vengono proposti due accertamenti facoltativi con i quali gli studenti possano valutare la loro preparazione.