Impiego di reti neurali artificiali per la predizione degli effetti del mistuning sulla dinamica dei dischi palettati sulla dinamica dei dischi palettati

La presente tesi è stata svolta nell’ambito di un progetto finanziato dalla Comunità europea denominato Aeroelastic Design of Turbine Blades II (ADTurB II) in cui l’Università Federico II è rappresentata dal Dipartimento di Progettazione Aeronautica , il senso di questa collaborazione scientifica nasce dall’esigenza di investigare una serie di problematiche riguardanti le palette, e, più in generale, i rotori di turbina, allo scopo di migliorare le performance strutturali: in particolare, l’attenzione del presente studio è stata focalizzata sul mistuning, tipico problema delle strutture a simmetria ciclica, e si è valutata la possibilità di applicare un metodo di analisi non deterministico, quale le Reti Neurali Artificiali.
I rotori nella configurazione convenzionale vengono progettati in modo che tutte le palette siano uguali tra loro; queste avranno quindi forma, dimensioni e comportamento dinamico identico. I dischi palettati sono pertanto caratterizzati dalla simmetria ciclica: ciò rende possibile studiare il comportamento dinamico della struttura considerando solo un settore di tutto il disco. Lo studio di un unico settore consente di diminuire enormemente il costo computazionale, ed i risultati ottenuti potranno poi essere estesi a tutto il rotore. Una struttura ciclica in cui un settore è rappresentativo del comportamento strutturale complessivo in quanto identico agli altri viene detta tuned (accordata), le palette avranno tutte le stesse frequenze naturali e le distribuzioni degli spostamenti intorno al disco saranno di tipo sinusoidale.
Tale simmetria di progetto viene meno in fase di realizzazione del pezzo poiché, per motivi sia tecnologici che di fabbricazione, le varie palette non potranno mai essere identiche tra loro; parleremo in questo caso di struttura mistuned o più in generale di effetti del mistuning.
Studi effettuati hanno dimostrato che variazioni delle proprietà del materiale e delle caratteristiche geometriche e di massa, tali da rientrare nelle tolleranze di lavorazione, provocano un comportamento dinamico della struttura completamente diverso da quello di progetto, infatti i principali effetti del mistuning sono:
- Variazione della velocità critica di flutter delle palette;
- Ridistribuzione dello stato tensionale e delle ampiezze vibrazionali all’interno del rotore.
Quindi la non perfetta ciclicità della struttura comporta l’insorgere di tutta una serie di fenomeni non valutabili in fase progettuale, il cui effetto principale lo si trova nella rottura a fatica delle palette.
Proprio questo è l’oggetto di studio del programma ADTurB II il cui scopo è quello di meglio comprendere il comportamento dinamico dei dischi di turbina e quindi migliorarne la progettazione ed allungare la vita operativa delle palette.
Questa tesi si occuperà delle strutture che hanno perso la simmetria ciclica, in particolare si andranno ad analizzare le problematiche relative all’applicazione delle reti neurali a tali strutture e si effettuerà una valutazione della capacità di tale strumento a descrivere il comportamento dinamico di un rotore effetto da mistuning.