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    Aniello RICCIO

    Insegnamento di COSTRUZIONI E STRUTTURE AEROSPAZIALI

    Corso di laurea magistrale in INGEGNERIA AEROSPAZIALE

    SSD: ING-IND/04

    CFU: 12,00

    ORE PER UNITÀ DIDATTICA: 96,00

    Periodo di Erogazione: Annualità Singola

    Italiano

    Lingua di insegnamento

    ITALIANO

    Contenuti

    L'insegnamento è diviso in due moduli tenuti separatamente nei due semestri.

    Mod. 1: analisi strutturale statica lineare di qualsiasi elemento della fusoliera e dell’ala di un velivolo con metodi tradizionali.Mod. 2: analisi strutturale statica o dinamica non-lineare (di geometria e di materiale) e termo-strutturale di qualsiasi elemento della fusoliera e dell’ala di un velivolo con metodi avanzati e con l’utilizzo di programmi di calcolo commerciali basati sul metodo degli elementi finiti (ANSYS ed ABAQUS) e di tecniche di accoppiamento di modelli differentemente discretizzati.

    Testi di riferimento

    Mod. 1: S.P. Timoshenko,– S.Woinowsky – Krieger “ Theory of plates and Shells” McGRAW-HILL INTERNATIONAL EDITIONSS.P. Timoshenko, J.M. Gere “ Theory of elastic stability” McGRAW-HILL BOOK COMPANYMod. 2: • O. C. Zienkiewicz, Finite Element Method in Engineering Science • J Reddy, An Introduction to the Finite Element Method (McGraw-Hill Mechanical Engineering) - 3rd Edition• Dispense dalle lezioni

    Obiettivi formativi

    Mod. I: Il corso si propone di fornire agli studenti i principali criteri di verifica e di progetto dei componenti delle costruzioni aeronautiche e spaziali tenendo conto dei fenomeni di stabilità dell’equilibrio elastico e di approfondire il metodo degli elementi finiti. Al termine del modulo I lo studente deve conoscere i principali criteri di progettazione delle costruzioni aeronautiche.

    Mod. II: Il corso si propone di fornire un ulteriore e conclusivo approfondimento sul metodo degli elementi finiti incluse formulazioni di tipo implicito ed esplicito e non-linearità sia in ambito statico che dinamico. Vengono inoltre approfonditi i criteri di verifica e progetto relativi alle termo-strutture. l termine del modulo II lo studente deve conoscere i principali metodi di analisi numerica di strutture aerospaziali.

    Prerequisiti

    Mod. I: Teoria dell’elasticità. Teoria degli elementi finiti.Conoscenza dei principali criteri di verifica e di progetto dei componenti delle costruzioni aeronautiche e spaziali a parete sottile e a guscio pratico.

    Mod. II: L’allievo deve conoscere tutte le nozioni impartite nel modulo I dell’esame di Costruzioni e Strutture Aerospaziali. L’allievo deve inoltre conoscere i fondamenti delle Costruzioni Aeronautiche e del calcolo strutturale con il metodo degli elementi finiti con particolare riferimento alle strutture a guscio pratico.

    Metodologie didattiche

    Le lezioni frontali (76 ore) sono tenute dal docente del corso, hanno durata di 120 minuti.Sono previste alcune esercitazioni numeriche (20 ore) sull’uso di tecniche per la progettazione preliminare di strutture aeronautiche e 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

    Mod I: Al termine del modulo, e’ previsto un colloquio orale per la valutazione finale.
    La prova orale si prefigge l’obiettivo di accertare le capacità di saper descrivere i principali approcci per la progettazione preliminare di costruzioni aeronautiche. Si svolgerà
    con un colloquio articolato in domande sugli argomenti atto ad accertare il livello di conoscenze sulle costruzioni aeronautiche aggiunto dallo studente.
    Il colloquio sul modulo I sarà valutato in trentesimi ed avrà un peso del 50% sul risultato finale.


    Mod II: Al termine del modulo, e’ previsto lo svolgimento di esercitazioni sull’utilizzo degli Elementi Finiti per la simulazione numerica del comportamento meccanico di strutture aerospaziali ed è previsto un colloquio orale per la valutazione finale.
    La prova orale si prefigge l’obiettivo di accertare le capacità di saper verificare con analisi numeriche le strutture aerospaziali. Si svolgerà
    con un colloquio articolato in domande sugli argomenti atto ad accertare il livello di conoscenze sull'analisi numerica delle strutture aerospaziali raggiunto dallo studente.
    Il colloquio sul modulo II sarà valutato in trentesimi ed avrà un peso del 50% sul risultato finale.

    Altre informazioni

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

    Programma del corso

    Mod. 1: Stabilità dell’equilibrio elastico 
    Preliminari sul fenomeno dell’instabilità e sugli effetti del secondo ordine.
    Aste compresse ad elasticità concentrata e diffusa (metodo geometrico  e metodo energetico); carico eccentrico; effetti del secondo ordine e instabilità per la trave in regime elastico.
    La trave prismatica inflessa e soggetta a sforzo assiale(metodo geometrico e metodo energetico ); carico eccentrico; instabilità laterale della trave elastica inflessa; instabilità torsionale e torsio-flessionale delle travi compresse.
    Stabilità dell’equilibrio elastico nelle travi ad asse curvilineo.
    Instabilità delle lastre piane: pannelli sottoposti  a compressione;  pannelli sottoposti a taglio; carico massimo sopportabile da un pannello rinforzato; larghezza collaborante.
    Tensione diagonale.
    Instabilità dei gusci cilindrici sottoposti a compressione ; instabilità dei gusci cilindrici sottoposti a torsione.
    Stabilità dell’equilibrio elastico nei pannelli curvi.
    Approfondimenti del metodo degli elementi finiti
    Lastre; gusci; gusci assialsimmetrici.
    Polinomi approssimanti.
    Elementi  isoparametrici.
    Effetti del secondo ordine e carichi critici calcolati con il metodo degli elementi finiti. Mod. 2: Introduzione Al Metodo degli Elementi Finiti – (formulazione operativa per l’implementazione)Formulazione elemento Solid Metodi di integrazioneFormulazione FEM Statica LineareFormulazione FEM Non Lineare: Formulazione FEM implicitaFormulazione FEM esplicita Non linearità del materiale (inclusa plasticità)Non linearità geometriche (inclusa instabilità elastica)Instabilità elastica – Formulazione FEM per il Buckling con approccio Linearizzato (Parte Teorica ed Esercitazioni) Instabilità elastica - Formulazione FEM per il Buckling con approccio Non-lineare (Parte Teorica ed Esercitazioni) Multipoint Constraints ed altri approcci di tipo Global Local applicati al FEM (Parte Teorica ed Esercitazioni)Formulazione FEM Termostrutturale (Parte Teorica ed Esercitazioni)Formulazione FEM per l’analisi Dinamica (Implicita/Esplicita) per la simulazione di impatti a bassa ed alta velocità

    English

    Teaching language

    Italian

    Contents

    the course is splitted in two modules lasting one semester each.

    Mod. 1: Structural dimensioning of any wing or fuselage element with consolidated hand calculation or analytic methodologies. Mod. 2: structural static and dynamic analysis with material and geometric non-linearity of any fuselage or wing element with advanced approach and with FEM methodologies (ANSYS ed ABAQUS) including thermos-structural analysis and Global-local methodologies

    Textbook and course materials

    Mod. 1: S.P. Timoshenko,– S.Woinowsky – Krieger “ Theory of plates and Shells” McGRAW-HILL INTERNATIONAL EDITIONSS.P. Timoshenko, J.M. Gere “ Theory of elastic stability” McGRAW-HILL BOOK COMPANYMod. 2: • O. C. Zienkiewicz, Finite Element Method in Engineering Science • J Reddy, An Introduction to the Finite Element Method (McGraw-Hill Mechanical Engineering) - 3rd Edition• Lectures’ notes

    Course objectives

    Mod. I: The design of Aerospace structures course - module 1- aims to provide students with information on the main criteria for the design of aerospace structures taking into account instability and by adopting the Finite element Method. At the end of the module I the student is expected to know the main criteria and methods adopted for the aeronautic construitions-


    Mod. II: The design of Aerospace structures course - module 2- aims to provide students with further information on Finite Elements theory including explicit, implicit formulation, material and geometrical non-linearity and Thermo-structural analysis. at the end of module II the student is expected to know the main methodologie adopted to perform numerical verifications on aerospace structures

    Prerequisites

    Mod. I: elasticity Theory. Finite Elements theory. Main design criteria for aerospace structures

    Mod. II: The student must know all the topics covered in mod I. The student must know the basics of aeronautical structural design, the basics of Finite Element Methods especially for Thin walled structures.

    Teaching methods

    Lessons (76 hours) take 120 minutes. Exercises (20 hours) on aeronautic structures preliminary design techniques and on FEM application to aerospace structures are foreseen.

    Evaluation methods

    Mod I: By the end of the course, an oral interview will contribute to the final evaluation.
    The interview on module I is aimed to verify the student's knowledge on the main design criteria for aeronautic structures.
    The interview on module I will be evaluated in marks out of thirty and will impact the final result of the course evaluation for 50%.


    Mod II: By the end of the course, excercises on the use of FEM applied to
    mechanical behavior of aerospace structures will be performed. An oral interview will contribute to the final evaluation.
    The interview on module II is aimed to verify the student's knowledge on the main methodologies for the numerical analysis of aerospace structures.
    The interview on module II will be evaluated in marks out of thirty and will impact the final result of the course evaluation for 50%.

    Other information

    Monthly oral examinations are programmed (excluding summer holydays)

    Course Syllabus

    Mod. 1: Elastic instability 
    application to beams and curved beams.Application to plates, stiffened panels Application to curvilinear shelle elements Finite Element Method -consolidationShell, axialsimmetric elementsMod. 2: Introduction to the Finite Element MethodFormulation of solid elementsNumerical integrationFEM static linear formulationNon Linear FEM formulation: Implicit FEM formulationExplicit FEM formulation Material non-linearity (plasticity formulation included)Geometrical non-linearity (instability)Linearized buckling analysisNon-linear buckling analysisGlobal local approaches-multi-point-constraintsThermo-structural FEM formulationExplicit FEM formulation – impact simulations.

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