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Tesi etd-04102008-103419


Thesis type
Tesi di laurea vecchio ordinamento
Author
DUCCINI, GIANNI
URN
etd-04102008-103419
Title
Strumenti e metodi di progetto innovativi per strutture aeronautiche in materiale composito
Struttura
INGEGNERIA
Corso di studi
INGEGNERIA AEROSPAZIALE
Supervisors
Relatore Lazzeri, Luigi
Relatore Ing. Fanteria, Daniele
Parole chiave
  • materiali compositi
  • progetto ottimizzato
  • progetto probabilistico
  • pannello irrigidito
  • algoritmi genetici
  • modelli surrogati
  • response surfaces
  • strutture aeronautiche
  • GENOA
  • modeFRONTIER
  • NASTRAN
Data inizio appello
30/04/2008;
Consultabilità
Completa
Riassunto analitico
Il considerevole incremento dell'impiego di materiali compositi
nelle strutture aeronautiche,in sostituzione dei
materiali metallici, introduce nuove problematiche a livello del
progetto strutturale.
Si rende necessario gestire nuove variabili di progetto relative ai
materiali, alcune di tipo discreto, nasce quindi l'esigenza di
metodi di progetto ottimizzato innovativi, in grado di gestire
e sfruttare pienamente le caratteristiche dei materiali compositi.

Gli algoritmi genetici sono una possibile risposta a tale
esigenza, ma presentano l'inconveniente di richiedere un elevato numero di
analisi strutturali, costose dal punto di vista
computazionale. Per applicare tali algoritmi con tempi di
esecuzione adeguati, è utile ricorrere a modelli di calcolo strutturale di tipo surrogato,
costituiti da equazioni risolubili in forma chiusa, con considerevoli riduzioni dei tempi di calcolo.

Tra i diversi modelli surrogati, nella tesi viene preso in esame
il ``Response Surface Approximation'', che viene applicato per
valutare il carico critico di instabilità a compressione di una
piastra in materiale composito, al variare della percentuale delle lamine nei diversi orientamenti.

Successivamente vengono presi in considerazione gli algoritmi genetici,
in particolare viene sviluppata una applicazione, all'interno del software modeFRONTIER,
dell'algoritmo MOGA-II finalizzata alla determinazione della configurazione
ottimale di un pannello irrigidito in materiale composito, rappresentativo di una struttura alare primaria.
Le analisi richieste vengono effettuate sia mediante un modello surrogato, opportunamente costruito,
che con il metodo degli elementi finiti. L'impiego del modello surrogato consente di dimezzare i tempi di
esecuzione, mentre le configurazioni ottimali ottenute nei due casi sono paragonabili.

Un secondo aspetto legato all'uso dei materiali compositi è che i
processi tecnologici, le condizioni ambientali e il danneggiamento
da impatto influenzano i valori delle proprietà di rigidezza e
resistenza, che, pertanto, sono affetti da incertezze.
Per tenere conto di tali incertezze nel progetto si utilizzano fattori di
correzione dei valori delle proprietà dei materiali (knockdown
factors), che possono rivelarsi più o meno conservativi.
Un approccio alternativo è costituito dal progetto probabilistico, in
cui le grandezze affette da incertezza sono trattate come
variabili di tipo aleatorio, definite in modo statistico.

Nella tesi vengono presi in esame diversi metodi di progetto di tipo
probabilistico. I metodi ``Response Surface Approximation'' e F.O.R.M.
(First Order Reliability Method) vengono utilizzati, il primo programmato in linguaggio
MATLAB e il secondo sfruttandone l'implementazione in ambiente GENOA,
per l'analisi probabilistica della resistenza a trazione di una piastra in materiale composito.
Per l'elevato numero di analisi richieste entrambi i metodi fanno
ricorso a modelli surrogati.

I risultati ottenuti con i due approcci sono soddisfacenti in termini di valori medi
anche se si riscontrano differenze nelle deviazioni standard delle distribuzioni di
probabilità del carico di rottura.
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