ITALIANO

L'insegnamento è diviso in due moduli tenuti separatamente nei due semestri. Mod. 1: Resistenza e stabilità delle strutture aerospaziali. Fatica. 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.

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• Appunti dal corso di Costruzioni e Strutture Aerospaziali Mod I – Prof. Aniello Riccio -Tracce esercitazioni - Prof. Aniello Riccio

Conoscenza e capacità di comprensione Il corso si prefigge di far acquisire allo studente una solida preparazione in materia di criteri di verifica e di progetto dei componenti delle costruzioni aeronautiche e spaziali tenendo conto dei fenomeni di stabilità dell’equilibrio elastico e in materia di conoscenza del metodo degli elementi finiti incluse formulazioni di tipo implicito ed esplicito, non-linearità sia in ambito statico che dinamico e termo-strutture . Il fine è la verifica e di progetto dei componenti delle costruzioni aeronautiche e spaziali. Capacità di applicare conoscenza e comprensione Lo studente deve essere in grado di applicare criteri di verifica e di progetto dei componenti delle costruzioni aeronautiche e spaziali. Autonomia di giudizio Lo studente deve essere in grado di formulare un giudizio critico sui criteri di verifica e di progetto dei componenti delle costruzioni aeronautiche e spaziali. Abilità comunicative Lo studente deve essere in grado di illustrare fondamenti teorici e applicativi relativi ai criteri di verifica e di progetto dei componenti delle costruzioni aeronautiche e spaziali. Deve altresì argomentare i collegamenti logici tra diversi temi della materia, utilizzando un linguaggio tecnico proprio della materia. Capacità di apprendimento A conclusione del corso lo studente deve disporre di tutti gli strumenti utili per proseguire in modo autonomo, adottando un approccio critico, lo studio delle evoluzioni della materia, sia mediante continui aggiornamenti tecnici e normativi L'insegnamento è diviso in due moduli: Modulo I: Il modulo 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. Al termine del modulo I lo studente deve conoscere i principali criteri di progettazione delle costruzioni aeronautiche. Modulo II: Il modulo 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.

Mod. I: Teoria dell’elasticità. Teoria degli elementi finiti. Conoscenza dei principali componenti strutturali aerospaziali. Conoscenza dei criteri utilizzati per la determinazione dei carichi sui componenti di strutture aerospaziali. Criteri di verifica e di progetto dei componenti delle costruzioni aeronautiche ad elementi concentrati. 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.

Le lezioni frontali (76 ore) sono tenute dal docente del corso, hanno durata di 120 minuti. Sono previste lezioni frontali specifiche relative ai metodi di verifica di strutture aerospaziali (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.

Mod I: Al termine del modulo, e’ prevista la consegna di esercizi ed un colloquio orale per la valutazione finale. gli esercizi sono propedeutici al sostenimento della prova orale ma non contribuiscono al voto finale del modulo. 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 tre domande sugli argomenti atto ad accertare il livello di conoscenze sulle costruzioni aeronautiche aggiunto dallo studente. Ogni domanda contribuirà al voto finale del modulo Il colloquio sul modulo I sarà valutato in trentesimi ed avrà un peso del 50% sul risultato finale dell'esame. Mod II: Al termine del modulo, e’ prevista la consegna di esercizi ed un colloquio orale per la valutazione finale. gli esercizi sono propedeutici al sostenimento della prova orale ma non contribuiscono al voto finale del modulo. 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 tre domande sugli argomenti atto ad accertare il livello di conoscenze sulle costruzioni aeronautiche aggiunto dallo studente. Ogni domanda contribuirà al voto finale del modulo Il colloquio sul modulo II sarà valutato in trentesimi ed avrà un peso del 50% sul risultato finale dell'esame.

Slides usate dal docente caricate su Teams Le prove di esame sono fissate con cadenza almeno mensile (ad esclusione della pausa estiva).

Mod. 1- 48 ore RESISTENZA E STABILITÀ DELLE STRUTTURE LE STRUTTURE AD ELEMENTI CONCENTRATI - LE STRUTTURE A GUSCIO PURO - LA FLESSO-TORSIONE - L’INSTABILITÀ DELLE TRAVI CARICATE DI PUNTA - L’INSTABILITÀ DELLE LASTRE COMPRESSE: L’INSTABILITÀ LOCALE DEI CORRENTI CARICATI DI PUNTA - LA TENSIONE DIAGONALE - IL CALCOLO DELLE STRUTTURE A GUSCIO PRATICO - CALCOLO DELLE ORDINATE E DELLE CENTINE DI FORZA - LE CHIODATURE ED I COLLEGAMENTI MEDIANTE BULLONI - STAMPAGGIO, FRESATURA CHIMICA, SALDATURA ED INCOLLAGGIO - CALCOLO DI UNA TRAVE A FLESSIONE CON TENSIONI NORMALI SUPERIORI ALLA TENSIONE AL LIMITE DI PROPORZIONALITÀ LA FATICA E LE STRUTTURE “FAIL-SAFE” LA FATICA PER UN CARICO VARIABILE CON LEGGE PERIODICA A FREQUENZA ED AMPIEZZA COSTANTE (CON CARICO MEDIO COSTANTE) - LA FATICA PER CARICO VARIABILE IN MODO QUALSIASI – CONSIDERAZIONI GENERALI – LA REGOLA DI PALMGREN-MINER - LE INTERFERENZE E LE CONDIZIONI AMBIENTALI (LA CORROSIONE) - PROVE DI FATICA SU COMPONENTI ED IN SCALA REALE - LO SPETTRO DI CARICO - IL FATTORE DI DIFFUSIONE - ELEMENTI STRUTTURALI MAGGIORMENTE SOGGETTI A FATICA – DETERMINAZIONE DELLE TENSIONI DI RIFERIMENTO - L’EFFETTO DI INTAGLIO - APPLICAZIONE DEL METODO ANALITICO CON L’AUSILIO DELLA REGOLA DI PALMGREN-MINER - LA VELOCITÀ DI PROPAGAZIONE DELLA ROTTURA A FATICA (FAIL-SAFE) - LE STRUTTURE FAIL-SAFE - LE PROVE DI FATICA E LE METODOLOGIE DI PROGETTAZIONE STRUTTURALE Mod. 2 - 48 ore 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

Italian

the course is splitted in two modules lasting one semester each. Mod. 1: Instability and strength determination of aerospace structures. Fatigue. 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

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• Appunti dal corso di Costruzioni e Strutture Aerospaziali Mod I – Prof. Aniello Riccio -Tracce esercitazioni - Prof. Aniello Riccio

Knowledge and Understanding The course aims to provide students with a solid foundation in the verification and design criteria for components of aerospace and aeronautical structures, taking into account the phenomena of elastic equilibrium stability and the finite element method, including implicit and explicit formulations, non-linearity in both static and dynamic contexts, and thermo-structural analysis. The goal is to verify and design components of aerospace and aeronautical structures. Ability to Apply Knowledge and Understanding The student must be able to apply verification and design criteria for the components of aerospace and aeronautical structures. Judgment Autonomy The student must be able to formulate a critical judgment on the verification and design criteria for components of aerospace and aeronautical structures. Communication Skills The student must be able to illustrate the theoretical and practical fundamentals related to the verification and design criteria for components of aerospace and aeronautical structures. Additionally, the student should be able to argue the logical connections between various topics in the field, using the specific technical language of the discipline. Learning Ability At the end of the course, the student should have all the tools necessary to continue independently, adopting a critical approach, to study the evolution of the subject, through continuous technical and regulatory updates. The course is divided into two modules: Module I: This module aims to provide students with the main verification and design criteria for components of aerospace and aeronautical structures, considering the phenomena of elastic equilibrium stability. By the end of Module I, students should know the main design criteria for aerospace structures. Module II: This module provides a further and conclusive deep dive into the finite element method, including implicit and explicit formulations, and non-linearity in both static and dynamic analysis. It also covers verification and design criteria related to thermo-structures. By the end of Module II, students should know the main numerical analysis methods for aerospace structures.

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.

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

Mod I: At the end of the module, exercises will be submitted, and an oral exam will be held for the final assessment. The exercises are preparatory for the oral exam but do not contribute to the final grade of the module. The oral exam aims to assess the student’s ability to describe the main approaches for the preliminary design of aerospace structures. It will consist of a structured discussion with three questions on topics aimed at evaluating the student’s level of knowledge regarding aerospace structures. Each question will contribute to the final grade of the module. The oral exam for Module I will be graded out of 30 and will count for 50% of the final exam grade. Mod II: At the end of the module, exercises will be submitted, and an oral exam will be held for the final assessment. The exercises are preparatory for the oral exam but do not contribute to the final grade of the module. The oral exam aims to assess the student’s ability to describe the main approaches for the preliminary design of aerospace structures. It will consist of a structured discussion with three questions on topics aimed at evaluating the student’s level of knowledge regarding aerospace structures. Each question will contribute to the final grade of the module. The oral exam for Module II will be graded out of 30 and will count for 50% of the final exam grade.

Slides used by the teacher on Teams Monthly oral examinations are programmed (excluding summer holydays)

Mod. 1 - 48 hours STRENGTH AND STABILITY OF STRUCTURES Structures with concentrated elements Pure shell structures Flexural-torsional behavior Instability of beams subjected to point loads Instability of compressed plates Local instability of currents subjected to point loads Diagonal stress Calculation of shell structures Calculation of force ordinates and centerlines Riveting and bolted connections Stamping, chemical milling, welding, and bonding Calculation of a bending beam with normal stresses exceeding the proportional limit stress Fatigue and “fail-safe” structures Fatigue for variable loads with a periodic law and constant frequency and amplitude (with constant mean load) Fatigue for arbitrarily variable loads – General considerations Palmgren-Miner's rule Interferences and environmental conditions (corrosion) Fatigue testing on components and full-scale tests Load spectrum Diffusion factor Structural elements more subject to fatigue Determination of reference stresses The notch effect Application of the analytical method using Palmgren-Miner's rule Fatigue crack propagation rate (fail-safe) Fail-safe structures Fatigue testing and structural design methodologies Mod. 2 - 48 hours Introduction to the Finite Element Method (FEM) Operational formulation for implementation Solid element formulation Integration methods Linear static FEM formulation Non-linear FEM formulation: Implicit FEM formulation Explicit FEM formulation Material non-linearity (including plasticity) Geometric non-linearity (including elastic instability) Elastic instability – FEM formulation for buckling with a linearized approach (Theory and Exercises) Elastic instability – FEM formulation for buckling with a non-linear approach (Theory and Exercises) Multipoint constraints and other global-local approaches applied to FEM (Theory and Exercises) Thermo-structural FEM formulation (Theory and Exercises) FEM formulation for dynamic analysis (Implicit/Explicit) for the simulation of low and high-velocity impacts