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.

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.

Conoscenze di base del calcolo strutturale.

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.

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.

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.

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.

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.