Settori di ricerca

Progettazione ed analisi di strutture in composito

L'impiego dei compositi nella realizzazione di parti strutturali primarie e secondarie ha avuto notevole sviluppo nelle tecnologie aeronautiche e spaziali più avanzate. Lo sfruttamento delle possibilità offerte dai materiali compositi è strettamente legato allo sviluppo ed all’implementazione di metodi d’analisi e di progetto adeguati ed efficienti; pertanto è necessario l’approfondimento e l’adattamento delle attuali tecniche di progettazione. Si rende altresì necessario lo studio di nuove formulazioni per la modellazione di aspetti caratteristici del comportamento strutturale di elementi in composito. L’attività di ricerca in questo settore può riassumersi nei seguenti punti:

· Approfondimento e adattamento a nuove problematiche delle metodologie di progetto attualmente in uso;

· Formulazione di nuove metodologie di analisi e di progetto da utilizzare nello studio degli elementi strutturali realizzati in materiale non-convenzionale;

· Sviluppo di nuove formulazioni per la modellazione accurata di fenomenologie tipiche delle strutture in composito (free edge effect, delaminazione);

· Implementazione di codici di calcolo per l’analisi e l’ottimizzazione multidisciplinare delle strutture in composito;

· Studio del comportamento delle strutture in composito operanti in condizioni ambientali estreme (igrotermoelasticità e creep);

· Determinazione di linee guida da utilizzare nel progetto di strutture con materiali innovativi.

Modellazione ed analisi di strutture intelligenti realizzate in materiale composito piezoelettrico.

Nell’ambito delle cosiddette “strutture intelligenti” particolare interesse è rivolto ad alcuni tipi di materiali compositi piezoelettrici di nuova concezione, nei quali la fibra e la matrice, oltre ai loro tipici ruoli, svolgono altre funzioni. In particolare, la fibra non assolve solo la funzione passiva di rinforzo, ma anche a quella di sensore o di attuatore, realizzando così la possibilità di un vero e proprio controllo attivo della risposta meccanica all’ambiente esterno. La presente ricerca s’inquadra nella tematica di studi volti a verificare le effettive potenzialità di tali materiali per applicazioni strutturali in campo spaziale ed aeronautico. Gli aspetti fondamentali dell’attività di ricerca possono riassumersi nei seguenti punti:

· Sviluppo di formulazioni e corrispondente implementazione di codici di calcolo per l'analisi di “componenti strutturali intelligenti” realizzati in composito piezoelettrico avanzato;

· Impiego dei codici di calcolo per la simulazione del comportamento di “strutture intelligenti” realizzate in composito piezoelettrico;

· Utilizzo dei risultati e degli strumenti analitico-numerici precedentemente sviluppati per l’individuazione dei parametri caratteristici del controllo strutturale attraverso l’effetto piezoelettrico.

Modellazione del danneggiamento e valutazione del livello di rischio per strutture aerospaziali in materiale composito.

La ricerca ha lo scopo di affrontare e definire metodologie di valutazione del livello di rischio di elementi strutturali in composito utilizzati nelle costruzioni spaziali ed aeronautiche. L’attività principale è quella di sviluppare ed implementare, nell'ambito della meccanica della frattura e della filosofia di progetto damage-tolerant, formulazioni alternative per l'analisi di componenti strutturali in composito classico ed intelligente. In particolare s’intende porre l'accento sullo studio della nucleazione e della propagazione del danno. La metodologia di analisi è basata su modelli di contorno che consentono di ottenere soluzioni caratterizzate da elevata accuratezza ed affidabilità. Nell'ambito dei criteri e dei principi della meccanica della frattura, quest'ultimo aspetto consente di condurre simulazioni dei fenomeni oggetto dello studio sia di tipo deterministico che stocastico con la dovuta accuratezza. I punti fondamentali di tale linea di ricerca sono:

· Estensione e sviluppo di codici di calcolo per l'analisi, in presenza di danneggiamento, di componenti strutturali in composito;

· Simulazione dei fenomeni di innesco e propagazione del danneggiamento in presenza di carichi di varia natura;

· Stima e valutazione del livello di rischio della struttura;

· Avvio di attività sperimentali per lo studio del danno nelle strutture intelligenti.

Modellazione e ottimizzazione aeroelastica di configurazioni aeronautiche e spaziali.

L’attività di ricerca s’inquadra nell’ambito dei metodi di modellazione ed ottimizzazione multidisciplinare (MDMO) nella progettazione aerospaziale. Nella ricerca l'accento è dapprima posto sulle formulazioni e sulle metodologie da impiegare nei programmi MDMO per definire il vincolo aeroelastico di progetto. La finalità è quella di utilizzare formulazioni e metodi già proposti, adattandoli ed estendendoli al problema studiato. Obiettivo è la progettazione un algoritmo che permetta di eseguire un'analisi aeroelastica della configurazione e quindi di calcolare le "sensitivity derivatives". Queste ultime rappresentano il risultato essenziale da utilizzare nel processo di ottimizzazione globale. Il modello aeroelastico, dato l’attuale largo impiego di materiali compositi nelle strutture aerospaziali, è basato su formulazioni ad hoc per i compositi, utilizzate al fine di modellare la risposta elastica e calcolare quindi le rigidezze ed i parametri caratteristici della struttura necessari allo studio ed all'ottimizzazione aeroelastica. Per quanto attiene al modello aerodinamico da utilizzare saranno impiegati modelli basati su teorie a potenziale. Il risultato atteso è l’implementazione di un codice di calcolo con duplice capacità:

· Integrabilità diretta in ottimizzatori globali attraverso un'interfaccia di input per la lettura dei dati di configurazione strutturale, aerodinamica e controllistica ed un'interfaccia di output che fornisca all'ottimizzatore i dati relativi alla risposta aeroelastica e le sue sensitivities.

· Capacità “stand alone” per l'analisi aeroelastica e strutturale classica basata su formulazioni originali.

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