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.

Architettura e funzioni degli elementi strutturali, normativa, diagrammi di manovra, raffica, inviluppo, ripartizione della portanza tra l'ala e la coda, esempi di manovre tipiche e sollecitazioni che arrecano, brusca manovra longitudinale, determinazione dei carichi agenti in volo (10 ore).
Problematiche peculiari del progetto strutturale aeronautico. Requisiti di specifica, compiti e metodi dell'analisi strutturale, prescrizioni di robustezza, rigidezza, elasticità. Materiali impiegati nelle strutture. Tecniche di unione e di incollaggio. Cenni alla fatica e ai carichi termici. Concetto di struttura safe-life, fail-safe e damage tolerant. Tipiche architetture strutturali di ala, impennaggi e fusoliera; ali rastremate e a freccia. Modi primari di propagazione dei carichi all'interno di queste strutture. Applicazioni del modello trave e metodi di calcolo degli attacchi a sforzi concentrati e diluiti (15 ore).
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. Calcolo delle tensioni locali e deformazioni delle strutture a semiguscio (15 ore).
Analisi di stabilità elastica delle strutture aeronautiche. Punti limite e punti di biforcazione. Punti critici biforcativi: instabilità generale, locale e flesso - torsionale delle aste compresse. Punti critici di pannelli compressi e soggetti a taglio. 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. (10 ore).
Fondamenti delle tecniche a elementi finiti. Formulazione del problema strutturale agli spostamenti e confronto con l'approccio alle forze precedentemente utilizzato. Elementi asta, trave e membrana. Matrice di rigidezza e vettore dei carichi nodali equivalenti. Significato dell’assemblaggio. Applicazioni all'analisi di componenti strutturali semplici. Confronto tra le prestazioni ottenibili dall’analisi di strutture a semiguscio con metodi semplificati e mediante elementi finiti. (10 ore).

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 (5 ore) e 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 (5 ore). Si calcoleranno inoltre i punti critici di aste e pannelli e lo stato pensionale in una piastra di attacco ala-fusoliera (5 ore) e si applicheranno gli elementi finiti per risolvere strutture reticolari e problemi con sollecitazioni nel piano (3 ore). Si visiterà la collezione del Museo Aeronautico del Politecnico allo scopo di vedere applicazioni pratiche dei concetti studiati (2 ore).

a) Testo di riferimento per il corso: appunti forniti dal docente attraverso il portale della didattica

b) Per approfondimenti ed ulteriore consultazione:
T.H. Megson, "Aircraft Structures for Engineering Students", Edward Arnold

L’esame conta di un colloquio della durata approssimativa di 45 minuti durante il quale viene richiesto agli studenti di svolgere brevi calcoli inerenti problemi visti durante le lezioni e le esercitazioni e di rispondere a quesiti inerenti la soluzione di tali problemi. Non è ammessa la consultazione di alcun tipo di materiale. Lo scopo è quello di verificare che gli studenti abbiano effettivamente acquisito le conoscenze e le abilità previste, e cioè la capacità di prevedere il comportamento delle strutture mediante le tecniche insegnate. L'esame consiste in tre domande, ciascuna della durata di circa un quarto d'ora, a cui viene attribuito un punteggio di 10/30 in caso di risposta esatta o punteggi decrescenti per ogni errore commesso durante lo svolgimento degli esercizi o nel caso di risposte errate ai quesiti, di cui gli studenti sono immediatamente informati.
Viene indicato all’inizio del colloquio il punteggio attribuito ad ogni domanda e le domande a cui lo studente deve rispondere per conseguire la sufficienza. Non è richiesto agli studenti di presentare relazioni o elaborati svolti in precedenza. Durante il corso vengono proposti due accertamenti facoltativi con i quali gli studenti possano valutare la loro preparazione.