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    Aniello RICCIO

    Insegnamento di STRUTTURE AEROSPAZIALI IN MATERIALE COMPOSITO

    Corso di laurea magistrale in INGEGNERIA AEROSPAZIALE

    SSD: ING-IND/04

    CFU: 6,00

    ORE PER UNITÀ DIDATTICA: 48,00

    Periodo di Erogazione: Primo Semestre

    Italiano

    Lingua di insegnamento

    Italiano

    Contenuti

    Principali problematiche relative all’uso dei compositi per le strutture aerospaziali.Fondamenti della progettazione, del dimensionamento e della verifica delle strutture aerospaziali in materiale composito. Fondamenti delle metodologie di analisi numerica di strutture in materiale composito in presenza di danneggiamentiUtilizzo corrente dei principali strumenti per il dimensionamento e la verifica di strutture in materiale composito tolleranti e resistenti al danno

    Testi di riferimento

    F.L. Matthews and R.D. Rawlings – Composite materials: Engineering and Science – Woodhead Publishing Limited, Cambrige,EnglandCarl T. Herakovich – Mechanics of Fibrous Composites – John Wiley, New York.F.L. MAtthews, GAO Davies, D. Hitchings and C. Soutis– Finite Element Modelling of Composite Materials and Structures - Woodhead Publishing Limited, Cambrige,England.Dispense dalle lezioni e dalle esercitazioni

    Obiettivi formativi

    Il corso si propone di fornire agli allievi del corso di laurea Magistrale in Ingegneria Aerospaziale le nozioni di base relative alla progettazione, al dimensionamento ed alla verifica delle strutture Aerospaziali in Materiale Composito con particolare attenzione ai meccanismi di danneggiamento che, potenzialmente, inficiano la sicurezza delle strutture stesse. Al termine del corso lo studente deve conoscere i principali criteri di progettazione e di verifica numerico/sperimentale di strutture aerospaziali in materiale composito. Lo studente deve inoltre saper progettare strutture aerospaziali in materiale composito tolleranti e resistenti al danneggiamento

    Prerequisiti

    L’allievo deve conoscere gli elementi fondamentali delle costruzioni aeronautiche:

    Metodologie didattiche

    Le lezioni frontali (38 ore) sono tenute dal docente del corso, hanno durata di 120 minuti.Sono previste alcune esercitazioni (10 ore) numeriche sull’uso di codici FEM per l’analisi delle strutture aerospaziali.Le eventuali esercitazioni e/o lezioni integrative sono tenute al di fuori dell’orario di lezione, concordandone con gli allievi frequenza e durata in base alle loro necessità.

    Metodi di valutazione

    Al termine del corso, e’ previsto lo svolgimento di esercitazioni sull’utilizzo degli Elementi Finiti per la simulazione numerica del comportamento meccanico di strutture in composito ed è previsto un colloquio orale per la valutazione finale.
    La prova orale si prefigge l’obiettivo di accertare le capacità di saper descrivere le metodologie per la proggettazione everifica di strutture aerospaziali in materiale composito e di accertare le capacità di progettare strutture aerospaziali in materiale composito.
    Si svolgerà con un colloquio articolato in domande sugli argomenti relativi alla progettazione e verifica numerico/sperimentale delle strutture aerospaziali in materiale composito , atto ad accertare il livello di conoscenze raggiunto dallo studente.

    Altre informazioni

    Le prove di esame sono fissate con cadenza almeno mensile (ad esclusione della pausa estiva).

    Programma del corso

    Il programma del corso è articolato come segue:Introduzione ai materiali compositiPanoramica sulle tipologie di materiali compositi ,Principali processi di produzione, Problematiche legate all’utilizzo dei materiali compositi in applicazioni aerospaziali Meccanica dei materiali anisotropiTensioni e deformazioni, Relazioni costitutive, Stati piani di tensione e deformazione, Materiali anisotropi, Materiali ortotropi, Materiali trasversalmente isotropi, Cambiamento di riferimento per tensioni e deformazioniMicro-meccanica dei materiali compositi laminatiMicro-meccanica della lamina, Determinazione delle costanti di rigidezza della lamina, Determinazione delle costanti di resistenza della laminaTeoria classica dei laminatiAssunzioni alla base della teoria classica dei laminati, Spostamenti e deformazioni, Relazioni costitutive della lamina, Equazioni del moto, Relazioni costitutive del laminato, Sequenze di laminazione notevoli“Fabric Geometric Model” per l’analisi dei compositi di tipo tessile.Cenni sulle attività sperimentali sui materiali compositi (Macro-meccanica) Meccanismi di danneggiamento nei compositi laminatiTipi di danneggiamento propri dei compositi laminati, Criteri di rottura della lamina (rottura di fibra e matrice), Meccanica della frattura applicata ai compositi laminati (Delaminazioni), Danni da impatto nei compositi laminati, “First-ply failure” e danneggiamento progressivo, Progettazione “damage tolerant” e “damage resistant” di strutture in compositoFatica sui compositi ed impatto ambientale Le delaminazioni nel contesto della progettazione strutturale con i materiali compositiFenomeni fisici associati alla nascita delle delaminazioni, Fenomeni fisici associati alla crescita delle delaminazioni, Introduzione alla gestione del danno nella progettazione con materiali compositi, Resistenza alle de laminazioni indotta da impatti nella progettazione preliminare, Tolleranza alle de laminazione della progettazione preliminare, Gestione del danneggiamento “efficiente”Impatti a bassa velocità e tolleranza al danno di strutture aerospaziali in materiale composito.Resistenza al danneggiamento derivante da impatti a bassa velocità nella progettazione di dettaglio, Metodi di analisi per il danno da impatto a bassa velocità, Tolleranza al danno di laminati in materiale composito nella progettazione di dettaglio.Applicazioni numeriche (utilizzo dei codici FEM ANSYS ed ABAQUS)Modellazione con elementi finiti di pannelli compositi laminati, Analisi numerica lineare, Analisi numerica agli autovalori, Analisi numerica non lineare (non linearità geometrica), Modellazione con elementi finiti di compositi laminati danneggiati, Analisi numerica lineare, Analisi numerica agli auto valori, Modellazione con elementi finiti di compositi laminati danneggiati, Analisi numerica non lineare con simulazione dell’evoluzione del danneggiamento per danno inter-laminare ed intra-laminare, simulazione di impatti a bassa ed alta velocità su strutture in materiale composito

    English

    Teaching language

    Italian

    Contents

    Major issues related to the application of composites to aerospace structures. Basics of Design, dimensioning and structural check of aerospace composite components. Basics of numerical methodologies for the prediction of damage onset and evolution in composite structures.Use of main numerical and experimental tools for the design of damage tolerant and resistant composite structures.

    Textbook and course materials

    F.L. Matthews and R.D. Rawlings – Composite materials: Engineering and Science – Woodhead Publishing Limited, Cambrige,EnglandCarl T. Herakovich – Mechanics of Fibrous Composites – John Wiley, New York.F.L. MAtthews, GAO Davies, D. Hitchings and C. Soutis– Finite Element Modelling of Composite Materials and Structures - Woodhead Publishing Limited, Cambrige,England.Lecture notes are also available.

    Course objectives

    Aerospace composite structures course aims to provide the basic knowledge on the design, dimensioning and check for structural damage of aerospace composite structures. Major focus of the course is the fracture mechanics applied to composites. At The end of the couse the student is expected to know the basis of design with composite structures . the student is expected also to be able to design damage tolerant and damge resistant composite structures.

    Prerequisites

    The student must know the basics of aerospace structures

    Teaching methods

    Lessons (38 hours) take 120 minutes. Exercises (10 hours) on FEM application to composite structures are foreseen.

    Evaluation methods

    By the end of the course, excercises on the use of FEM applied to fracture mechanics and mechanical behavior of composites will be performed. An oral interview will contribute to the final evaluation. The final interview is aimed to verify the student's nowledge on design and numerical/experimental verification of aerospace composite structures.

    Other information

    Monthly oral examinations are programmed (excluding summer holydays)

    Course Syllabus

    Course programme:Introduction to composite materials.Composites Typologies and main manufacturing processes.Issues related to composites for aerospace applications.Mechanics of non-isotropic materials.Micro-mechanics of composite laminates – stiffness and strength engineering constants.Classical Theory of composite laminates. “Fabric Geometric Model” con textiles laminates.Characterization tests for composite laminatesDamage mechanisms in composite laminates. Intra-laminar and inter-laminar damages.Failure criteria for intralaminar damages.Fracture mechanics applied to composite for interàlaminar damages (delaminations)Virtual Crack closure Technique.Fatigue Behaviour of composites.Effects of humidity and temperature.Low velocity impacts. Exercises: FEM applications in ABAQUS and

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