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.

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 e cominceranno a utilizzare moderne tecniche computazionali avanzate basate sugli elementi finiti.

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.

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.

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.

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
- 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

La verifica dell'apprendimento avverrà mediante una prova scritta (voto max 30/30) della durata di due ore e articolata in uno o più esercizi analoghi a quelli visti nelle lezioni/esercitazioni e in una o più domande su un argomento teorico svolto a lezione. A coloro che supereranno lo scritto con una votazione >= 27/30 sarà data la possibilità di effettuare un orale integrativo sugli argomenti trattati nelle relazioni scritte per un valore di +/- 3 punti.

La possibilità di sostenere la prova orale sarà subordinata alla consegna (attraverso il portale della didattica e almeno 5 giorni prima dell'appello) delle relazioni scritte sulle esercitazioni svolte durante il corso.

Durante la prova scritta non è possibile portare ed utilizzare durante alcun appunto o dispensa. Verrà messo a disposizione degli studenti un formulario con le principali formule utili per lo svolgimento degli esercizi, Eventuali tabelle o grafici ulteriori che dovessero servire per svolgere la prova verranno forniti dal docente durante l'esame.