SPERIMENTAZIONE SU STRUTTURE AEROSPAZIALI

Nella formazione dell’Ingegnere Aerospaziale questo Corso svolge un ruolo di cerniera tra le nozioni di base impartite nei corsi strutturali orientati all’analisi dello stato di tensione e deformazione delle strutture aerospaziali e il reale svolgimento di prove sperimentali sia in ambito aziendale che per scopi di ricerca.
Scopo del corso: completare la preparazione degli studenti fornendo le conoscenze non ancora acquisite per poter comprendere le modalità di svolgimento delle varie prove sperimentali eseguite/eseguibili sulle strutture aeronautiche e spaziali (statiche, di fatica, di vibrazione, di flutter). A tal fine, durante le lezioni vengono anche illustrate prove sperimentali svolte su strutture reali, mettendo in evidenza aspetti critici e peculiarità. Sono previste prove di laboratorio svolte dagli studenti.

TECNOLOGIE AEROSPAZIALI

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, 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 e/o docenze aziendali

SPERIMENTAZIONE SU STRUTTURE AEROSPAZIALI

Comprensione delle principali problematiche inerenti la modellizzazione delle strutture aerospaziali, la progettazione ed esecuzione delle prove; sviluppo delle capacità di analisi delle misure sperimentali al fine di ricavarne le caratteristiche fondamentali.

TECNOLOGIE AEROSPAZIALI

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.

SPERIMENTAZIONE SU STRUTTURE AEROSPAZIALI

Contenuto dei Corsi di Costruzioni Aeronautiche e di Strutture aeronautiche.

TECNOLOGIE AEROSPAZIALI

Conoscenze di disegno tecnico, costruzioni aeronautiche, propulsione, materiali aerospaziali.

SPERIMENTAZIONE SU STRUTTURE AEROSPAZIALI ( 40 h circa)

Introduzione al Corso. Flussi di progetto e relative prove (sviluppo, qualificazione, accettazione). Normativa relativa alle strutture. Criteri di verifica e di progetto. Livelli dei carichi di progetto e verifica. Importanza dei modelli analitici/numerici e sperimentali nella progettazione strutturale. Richiami di Teoria dei modelli e prove in similitudine. Elaborazione dei dati sperimentali mediante tecniche statistiche. Componentistica standard per prove di laboratorio: strain-gage e ponte di Wheatstone, disposizione degli strain-gage in casi particolari di carico, Interferometria. Materiali aerospaziali e loro caratterizzazione: prova di trazione, prova di compressione, prova di taglio, cenni di caratterizzazione ad elevati strain rates; Influenza delle proprietà statistiche nel progetto strutturale, Prove di compressione su pannelli, prove di buckling e post-buckling. Metodi sperimentali per la determinazione delle condizioni critiche di aste e pannelli. Metodo di Southwell. Determinazione sperimentale della tenacità a frattura di materiali metallici. Utilizzo della sperimentazione per l’identificazione e l’aggiornamento dei modelli numerici. Tecniche per il monitoraggio in real-time del comportamento strutturale. Introduzione di Alcuni modelli per l’analisi statica di tipici componenti aerospaziali (travi a semiguscio, strutture sandwich, giunzioni) e progetto delle relative prove. Richiami al metodo degli elementi finiti (FEM): elementi finiti monodimensionali e bidimensionali. Metodi di condensazione. Progetto e analisi FEM di struttura per satellite e correlazioni con le prove di laboratorio. Considerazioni conclusive.

TECNOLOGIE AEROSPAZIALI (40 h circa)

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.
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 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.

SPERIMENTAZIONE SU STRUTTURE AEROSPAZIALI (20 h circa)

Il corso è caratterizzato da varie esercitazioni presso i laboratori informatici di ateneo e presso il LAQ AERMEC "Sistemi Strutturali Aeromeccanici" del Dipartimento . E’ obbligatoria la frequenza alle esercitazioni di laboratorio.
Esercitazioni laboratorio informatico:
• Esempi di modelli FEM elementari utili ai fini della sperimentazione
• Realizzazione modello FEM di elementi strutturali sia reali a disegno sia nei casi in cui siano presenti difetti , per valutazione degli effetti delle fessurazioni ( struttura di satellite, applicazioni VCCT , analisi statica e modale).

Esercitazioni di laboratorio sperimentale:
• Caratterizzazione meccanica di tipici materiali aerospaziali
• Prove di flessione su trave sandwich
• Rilievo dello stato tensionale su componenti disponibili in laboratorio (piastra forata, trave a C isotropa, trave a C danneggiata e riparata, Trave a C composita) . Valutazione e stima delle rigidezze.
• Realizzazione di struttura reali per prove di rigidezza ( schema di satellite , travi di forma opportunamente selezionata) con Progetto ed esecuzione delle relative prove statiche di laboratorio e correlazione con i risultati dell’analisi FEM .
Visita ai laboratori del DIMEAS durante lo svolgimento di prove sperimentali su strutture o componenti aerospaziali (in base alle ricerche in corso).


TECNOLOGIE AEROSPAZIALI (20h circa)

Introduzione alla rivettatura; modi di rottura di un giunto rivettato e dimensionamento del giunto.
Giunti incollati, modellizzazione e dimensionamento giunti a singola e doppia sovrapposizione, modello adesivo lineare/nonlineare , peel stresses
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;

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.

SPERIMENTAZIONE SU STRUTTURE AEROSPAZIALI

Materiale didattico scaricabile del sito docente. Traccia delle relazioni di calcolo effettuate durante le esercitazioni numeriche e pratiche. Fotocopie di grafici e tabelle necessari per lo svolgimento delle esercitazioni.
a) Testo di riferimento per il corso: Appunti forniti dal docente.
b) Per approfondimenti e ulteriore consultazione:
Bray, Vicentini, Meccanica sperimentale. Levrotto & Bella Torino. 1975.
J. Singer, J. Arbocz, T. Weller, Buckling Experiments: Experimental Methods in Buckling of Thin-Walled Structures. Vol I, II.
Ewins, Modal testing: theory and practice. Wiley, 1994.

TECNOLOGIE AEROSPAZIALI

Saranno parzialmente messe a disposizione degli allievi copie dei trasparenti proiettati durante il corso
a) G. Romeo: Appunti per il corso di "Tecnologie Aerospaziali". Politeko Ed.
b) Per approfondimenti e ulteriore consultazione:
F.C. Campbell "Manufacturing Technology for Aerospace Structural Materials" Elsevier 2006
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.

Verifica della conoscenza adeguata degli aspetti metodologici-operativi insegnati durante il corso e della capacità di interpretare e descrivere i problemi conseguenti alla sperimentazione strutturale e dei processi tecnologici .
L'esame consta di una prova scritta della durata di 3 ore suddiviso in una serie di 3-4 quesiti relativi alla Sperimentazione ( voto max=27/30) , 3-4 quesiti e 1-2 esercizi relativi alle Tecnologie ( voto max = 30/30). Durante la prova scritta è possibile utilizzare esclusivamente il materiale didattico messo a disposizione dal docente il giorno stesso dell'esame.
Relativamente alla parte sperimentazione, il superamento della prova scritta con non meno di 15/30 da diritto all'accesso ad un colloquio orale che prevede la consegna obbligatoria delle relazioni scritte sulle esercitazioni svolte durante il corso e sulle quali verterà almeno una delle 2-3 domande previste con punteggio non superiore a 3/30.
Il voto unico finale risulterà dalla combinazione dei voti parziali ottenuti nelle due parti in cui è suddiviso il corso. L’esame si intende superato se il voto finale risulta non inferiore a 18/30.
Il colloquio orale deve essere sostenuto in un appello della sessione in cui si è superata la prova scritta.