Questo insegnamento 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. L’insegnamento 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

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.

Programma lezioni in aula (60 ore) 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 e 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. Cenni ai metodi avanzati di soluzione dei problemi strutturali (Elementi Finiti). 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. Argomento ad integrazione/alternativo ai seminari tecnici: 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. Programma esercitazioni in aula (20 ore) Richiami sulla geometria delle aree: esercizi di richiamo su calcolo aree, momenti statici, momenti di inerzia, baricentri, assi baricentrici e assi principali di inerzia per sezioni ad aree concentrate e continue. Richiami sulla risoluzione di strutture isostatiche: esercizi di richiamo su calcolo reazioni vincolari e tracciamento diagrammi M, N, T per strutture isostatiche. Tracciamento diagrammi di manovra, raffica e inviluppo: esercizio su tracciamento diagrammi di manovra, raffica e inviluppo.) Ripartizione della portanza tra ala e coda e tracciamento delle caratteristiche di sollecitazione lungo fusoliera e semiala: esercizio su ripartizione della portanza tra ala e coda e successivi diagrammi di Taglio e Momento flettente tracciati lungo la fusoliera e la semiala. Analisi di una sezione alare soggetta a flessione: Schematizzazione a semiguscio di una sezione alare quando soggetta a flessione. In particolare, determinazione degli assi centrali di inerzia, delle tensioni normali sui correnti dovute a sforzo normale e momento flettente, e determinazione asse neutro. Trave a semiguscio: esercizi su trave a semiguscio con calcolo di flussi e tensioni di taglio sui pannelli, centri di taglio, sforzi normali sui correnti e gradienti di torsione per sezioni aperte e sezioni chiuse monocella e multicelle. Ulteriori esercizi di richiamo e approfondimento. Verifica di stabilità a compressione di un’asta e di un pannello alare: esercizio su calcolo carichi critici di un’asta compressa in diverse condizioni di vincolo e verifica di un pannello alare soggetto a compressione. Analisi semplificata di un attacco ala fusoliera: esercizio sulla determinazione della massima tensione tangenziale agente sui bulloni che collegano la piastra di attacco al longherone, delle forze risultanti scambiate tra piastra e bulloni, della pressione specifica sui fori.

Il programma verrà svolto in 80 ore frontali suddivise in 60 ore di lezioni teoriche in aula e 20 ore di esercitazioni in aula (suddivise in due squadre per meglio favorire l’interazione studente-docente). 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. Corso prof. Cestino E' anche prevista una esercitazione sperimentale facoltativa relativa alla determinazione sperimentale della posizione del centro di taglio di una trave in parete sottile a sezione aperta (da effettuarsi presso il DEXPILAB). Corso prof. Brischetto Durante il semestre verrà assegnato un esercizio facoltativo da svolgere (sia analiticamente che mediante il codice agli elementi finiti Patran&Nastran) e consegnare tramite portale della didattica entro la fine delle lezioni.

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 - E.Cestino, G.Frulla “Costruzioni Aeronautiche: eserciziario minimo” CLUT 2017 - 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

Slides; Dispense; Libro di esercitazione; Esercizi; Esercizi risolti; Esercitazioni di laboratorio; Video lezioni tratte da anni precedenti; Strumenti di simulazione; Strumenti di auto-valutazione; Strumenti di collaborazione tra studenti;

Modalità di esame: Prova scritta (in aula);

Exam: Written test;

... La verifica dell'apprendimento avverrà mediante una prova scritta della durata di due ore. La prova scritta è articolata in 20 domande a risposta multipla su tutto il programma teorico del corso e in due esercizi analoghi a quelli visti nelle lezioni/esercitazioni (il primo è sempre relativo alla teoria della trave a semiguscio). Il voto massimo per la prova scritta sarà di 30/30. Le 20 domande a risposta multipla prevedono tre possibili risposte, una sola delle quali corrette, e saranno valutate con +0.5 punti per ogni risposta corretta e con 0.0 punti per ogni risposta errata o non data, per un punteggio complessivo di 10 punti. I due esercizi verranno invece valutati per un punteggio complessivo di 20 punti. Condizioni necessarie per il superamento della prova scritta sono l’ottenimento di almeno 6 punti su 10 nella parte delle domande teoriche e di un punteggio complessivo sulle tre parti (domande teoriche e due esercizi) pari a 18 su 30. Corso prof. Cestino La valutazione del report sull’esercitazione sperimentale facoltativa permette di ottenere fino ad 1 punto aggiuntivo che si andrà a sommare al risultato della prova scritta. Corso prof. Brischetto Durante il semestre verrà assegnato un esercizio facoltativo da svolgere (sia analiticamente che mediante il codice agli elementi finiti Patran&Nastran) e consegnare tramite portale della didattica entro la fine delle lezioni. Una sua valutazione positiva consentirà di ottenere un punto aggiuntivo che si andrà a sommare al risultato della prova scritta.

Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.