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Sperimentazione su strutture aerospaziali/Tecnologie aerospaziali
01PERMT
A.A. 2024/25
Sperimentazione su strutture aerospaziali/Tecnologie aerospaziali (Sperimentazione su strutture aerospaziali)
SPERIMENTAZIONE SU STRUTTURE AEROSPAZIALI Nella formazione dell’Ingegnere Aerospaziale questo Insegnamento svolge un ruolo di cerniera tra le nozioni di base impartite negli insegnamenti 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 dell'Insegnamento: 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.
Sperimentazione su strutture aerospaziali/Tecnologie aerospaziali (Tecnologie aerospaziali)
La recente evoluzione delle tecnologie impiegate nel campo aerospaziale ha portato ad un radicale cambiamento nella progettazione di aeromobili e navicelle spaziali. L’utilizzo sempre maggiore di materiali compositi e l’introduzione di tecniche di manifattura additive hanno rivoluzionato i processi di manifattura e integrazione delle strutture aerospaziali. Tali innovazioni ampliano le soluzioni di progetto disponibili ma richiedono una profonda conoscenza dei processi in modo da garantire gli standard richiesti nel campo aerospaziale. Questo corso si ripropone di fornire agli allievi le conoscenze di base relative ai principali processi di lavorazione oggi in uso nell’industria aerospaziale. Il corso sarà rivolto nella prima parte alle tecnologie rivolte alla realizzazione di strutture metalliche e alla loro integrazione. Verranno poi introdotte le tecnologie relative ai materiali compositi e verrà valutato l’impatto del loro utilizzo sulle scelte progettuali. Infine, verranno introdotte le tecnologie di più recente introduzione come le tecniche di manifattura additiva. Particolare attenzione sarà rivolta ai fenomeni di degrado e ai difetti tipici dei materiali e delle tecnologie considerate in modo da poterne valutare l’impatto sul progetto strutturale di un aeromobile. Saranno inoltre presentate le principali tecniche di controllo non distruttive quali strumenti per garantire l’integrità strutturale.
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AEROSPACE STRUCTURE TESTING This course plays a pivotal role between the basics topics provided in structural analysis courses ( basic determination of the state of stress and strain of aerospace structures) and the actual definition, arrangement and carrying out of tests both in the case of aerospace industry/producers and for purposes of research. Aim of the course is to complete the preparation of students by providing knowledge not yet learned to understand the procedures of the various experimental tests available on aeronautical structures and spatial ones (static, fatigue, vibration, flutter). To this end, during the lessons, experimental tests are also described carried out on real structures, highlighting critical issues and peculiarities. The course includes also specific laboratory tests carried out by the students under the supervision of the teacher.
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The recent evolution of technologies used in aerospace has led to a radical change in the design of aircraft and spacecraft. The increasing use of composite materials and the introduction of additive manufacturing techniques have deeply changed the manufacturing and integration processes of aerospace structures. These innovations expand the available design solutions but require a deep understanding of the processes in order to ensure the standards required in the aerospace field. This course aims to provide basic knowledge related to the main machining processes in use today in the aerospace industry. The course will address in the first part the technologies aimed at the fabrication of metal structures and their integration. Then, technologies related to composite materials will be introduced and the impact of their use on design choices will be evaluated. Finally, more recently introduced technologies such as additive manufacturing techniques will be introduced. Particular attention will be paid to the degradation phenomena and defects typical of the materials and technologies considered so that their impact on the structural design of an aircraft can be assessed. The main nondestructive testing techniques will also be presented as tools for ensuring structural integrity.
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SPERIMENTAZIONE SU STRUTTURE AEROSPAZIALI Comprendere le principali problematiche inerenti la modellizzazione delle strutture aerospaziali per essere in grado di progettare ed eseguire le prove strutturali più comunemente richieste nella progettazione aerospaziale. Sviluppare una capacità di analisi delle misure sperimentali al fine di ricavarne le caratteristiche fondamentali e i parametri di interesse per la progettazione e verifica.
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Al termine del corso ci si aspetta che lo studente abbia maturato le seguenti conoscenze: • Conoscenza delle principali tecniche di manifattura dei materiali metallici, conoscenza delle tecniche di assemblaggio e dei principali fenomeni di degrado, tecniche di riparazione. • Conoscenza delle tecniche di manifattura dei materiali compositi. Proprietà delle singole fasi e del materiale finale. Difetti legati al processo di manifattura. Tecnologie per l'unione di materiali compositi. Fenomeni di degrado e tecniche di riparazione. • Principali processi di manifattura additiva e la loro applicazione nel campo aerospaziale. • Conoscenza delle tecniche di controllo non distruttivo. Tali conoscenze porteranno lo studente a maturare la capacità di scegliere il processo migliore per la realizzazione dei diversi componenti tipici delle strutture aerospaziali.
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SPERIMENTAZIONE SU STRUTTURE AEROSPAZIALI Contenuto degli Insegnamenti di Costruzioni Aeronautiche e di Strutture aeronautiche.
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Conoscenze di disegno tecnico, costruzioni aeronautiche, propulsione, materiali aerospaziali.
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SPERIMENTAZIONE SU STRUTTURE AEROSPAZIALI ( 40 h circa) Introduzione all'Insegnamento. 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. Progetto e analisi FEM di struttura in parete sottile e correlazioni con le prove di laboratorio. Considerazioni conclusive.
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Il programma del corso sarà suddiviso come segue: • Introduzione delle tecnologie per la realizzazione di componenti aerospaziali, evoluzione storica, architetture tipiche e soluzioni di progetto di riferimento. (3h) • Materiali Metallici: Proprietà dei materiali e leghe di utilizzo comune. Tecniche di manifattura. Tecniche di lavorazione. Tecniche di assemblaggio. Fenomeni di degradazione e failure. (15h) • Materiali compositi: Proprietà delle principali fibre e matrici. Tecniche di manifattura con particolare attenzione alla produzione in autoclave. Tecniche di assemblaggio e incollaggio. Difetti indotti dalla manifattura e tecniche di mitigazione. Fenomeni di degrado e meccanismi di rottura. (15h) • Tecniche di manifattura additiva. (6h) • Tecniche per il controllo non distruttivo delle strutture. (6) • Materiali avanzati per applicazioni aerospaziali: materiali per la protezione termica, coating di protezione, metamateriali, materiali auto-riparanti. (4.5h) • Tecniche di riparazione di strutture in materiale metallico e composito. (4.5h)
Sperimentazione su strutture aerospaziali/Tecnologie aerospaziali (Sperimentazione su strutture aerospaziali)
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Sperimentazione su strutture aerospaziali/Tecnologie aerospaziali (Sperimentazione su strutture aerospaziali)
SPERIMENTAZIONE SU STRUTTURE AEROSPAZIALI (20 h circa) L'attività sperimentale prevede l'allestimento, esecuzione, valutazione e correlazione numerica di alcune prove strutturali guidate (3-4) presso il LAQ AERMEC "Sistemi Strutturali Aeromeccanici" del Dipartimento e attività numerica collegata presso i laboratori informatici di ateneo al fine di verificare direttamente le nozioni viste a lezione. E’ prevista la preparazione di una relazione sintetica complessiva. Possono essere aggiunte anche ulteriori prove sperimentali in base alla disponibilità in laboratorio di attività di ricerca in corso di svolgimento. Tale attività si concluderà con la preparazione di una relazione finale. E’ obbligatoria la frequenza alle esercitazioni di laboratorio. Esercitazioni laboratorio informatico: • Analisi tramite FEM dei componenti selezionati per la sperimentazione in laboratorio ai fini dell’identificazione e correlazione numerico/sperimentale sia nel caso di configurazioni integre sia in presenza di difetti/anomalie. Esercitazioni di laboratorio sperimentale guidate (3--4) tra le seguenti in base alla disponibilità: • 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. Esercitazione di laboratorio sperimentale allestite per gruppi su argomento concordato associata alla second parte del dell’attività. Visita ai laboratori del DIMEAS durante lo svolgimento di prove sperimentali su strutture o componenti aerospaziali (in base alle ricerche in corso).
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L’insegnamento è strutturato in: • 54 ore di lezione in aula, mirate allo sviluppo di conoscenze delle principali tecnologie applicate nel campo aerospaziale. Le lezioni teoriche saranno integrate quando possibile da interventi di esperti del settore. • 6 ore di esercitazione in aula mirate all’applicazione di modelli numerici per il progetto di strutture aerospaziali. Tali esercitazioni copriranno aree di particolare interesse nel campo delle tecnologie aerospaziali come il dimensionamento di incollaggi, elementi di giunzione o la valutazione delle deformazioni residue nella produzione dei materiali compositi.
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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 l'insegnamento: 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.
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Saranno messe a disposizione degli allievi copie delle presentazoni proiettate durante il corso 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.
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Dispense; Video lezioni dell’anno corrente; Video lezioni tratte da anni precedenti;
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Slides;
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Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale obbligatoria;
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Modalità di esame: Prova orale obbligatoria; Elaborato scritto individuale;
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Exam: Written test; Compulsory oral exam;
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Exam: Compulsory oral exam; Individual essay;
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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 . L'esame consta di un Elaborato scritto individuale della durata di 1 ora suddiviso in una serie di 3-4 quesiti relativi alla Sperimentazione ( voto max=27/30) e di un orale ( voto max =3/30) della durata non superiore a 30 minuti suddiviso in 2-3 domande sulle relazioni consegnate. Durante la prova scritta è possibile utilizzare esclusivamente il materiale didattico messo a disposizione dal docente il giorno stesso dell'esame. 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. Il voto finale sarà determinato dalla somma del voto dello scritto e di quello ottenuto all'orale. 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. Il voto unico finale del corso integrato risulterà dalla combinazione dei voti parziali ottenuti nei due moduli di cui è composto.
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L’esame è volto ad accertare la conoscenza degli aspetti metodologici-operativi insegnati durante il corso e della capacità di interpretare e descrivere i problemi dei processi tecnologici considerati. L’esame sarà formato da una discussione orale in cui si accerteranno le conoscenze maturate dal candidato attraverso domande dirette e discussione dell’elaborato contenente i risultati delle esercitazioni svolte in aula. Le valutazioni sono espresse in trentesimi. Il voto unico finale risulterà dalla combinazione dei voti parziali ottenuti nelle due parti in cui è suddiviso il corso (Sperimentazione su strutture aerospaziali + Tecnologie aerospaziali). L’esame si intende superato se il voto finale risulta non inferiore a 18/30.