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Analisi FEM dell’ala portante di un flyak

Informazioni tesi

  Autore: Tommaso Ferroglio
  Tipo: Laurea liv.I
  Anno: 2008-09
  Università: Politecnico di Torino
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria Aerospaziale
  Relatore: Ugo Icardi
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 137

La tesi che segue è frutto del lavoro del sottoscritto Tommaso Ferroglio e della coadiuvazione del professor Ugo Icardi. La scelta dell’oggetto studiato, che a breve sarà descritto, è stata presa con l’intento di applicare su di esso le principali tecniche di analisi strutturale utilizzate nel campo aerospaziale. In particolare la decisione di sviluppare l’ala portante di un flyak ha permesso di approfondire lo studio di molteplici argomenti connessi al settore in questione: l’analisi ad elementi finiti, l’utilizzo di materiali compositi, l’impiego di tecnologie innovative (sandwich fastner) e in generale tutte le problematiche legate alla limitazione dei pesi su componenti ad alte prestazioni.

Gli obbiettivi che sono stati prefissati all’inizio della stesura della presente monografia sono stati i seguenti:
• Testare tramite un’analisi agli elementi finiti il prototipo già esistente dell’ala di un flyak
• Individuare eventuali deficienze strutturali del prototipo
• Sviluppare nuove versioni dell’ala che garantiscano prestazioni migliori
• Introdurre nuovi componenti che permettano lo smontaggio del componente ed un più rapido e rigido assemblaggio allo scafo.

La tesi è stata suddivisa nei seguenti capitoli:
Capitolo 1: in questo capitolo è descritta l’imbarcazione del flyak in tutti i suoi componenti. Viene in particolare evidenziata la diretta evoluzione che dal kayak ha portato a questo nuovo prototipo. Parte della trattazione è dedicata alla descrizione del funzionamento dei profili subacquei e in particolare al calcolo della portanza e delle velocità necessarie al sostentamento. Infine viene citato il test eseguito come confronto fra i due tipi di imbarcazione e diventato noto dopo la comparsa televisiva.

Capitolo 2: nel secondo capitolo sono illustrati i vari metodi di calcolo strutturale esistenti. Partendo dai quelli classici come il semiguscio ideale, vengono poi descritti i metodi matriciale e ad elementi finiti. Durante questa parte della trattazione viene fatta una prima comparazione fra i vari metodi e ne sono definiti i vantaggi e gli svantaggi.

Capitolo 3: questo è un capitolo dedicato alla spiegazione del funzionamento dei programmi utilizzati per i calcoli FEM. In particolare vengono introdotti i software commerciali MSC.Patran e MSC.Nastran. Sono infine illustrate alcune importanti potenzialità dei suddetti programmi non sfruttate nel corso della tesi.

Capitolo 4: da questo capitolo comincia la vera e propria descrizione dei calcoli effettuati e dei risultati ottenuti. Come primo dei tre capitoli dedicati a tale scopo, il quarto è adibito all’illustrazione dello sviluppo della struttura principale dell’ala. In particolare vengono descritte le quattro versioni create e la configurazione finale adottata.

Capitolo 5: in questo capitolo viene invece descritto il primo dei nuovi componenti introdotti. Nella prima parte sono illustrati i calcoli svolti sull’incollaggio della struttura, nella seconda viene invece descritto il raccordo in magnesio e le sue geometrie.

Capitolo 6: l’ultimo capitolo è dedicato alla descrizione dell’attacco fra l’ala e lo scafo. Nella parte introduttiva viene dedicata l’attenzione alla tipologie di attacchi esistenti (principalmente di derivazione aerospaziale) e i difetti ad essi collegati. In seguito sono descritti i calcoli FEM svolti sulla struttura e la posizione e il modo in cui gli attacchi precedentemente presentati sono utilizzati.

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10 Introduzione La presente tesi si propone lo scopo di descrivere lo sviluppo preliminare dell’ala portante di un flyak (imbarcazione che verrà esaustivamente descritta in seguito). Partendo inizialmente dalle geometrie e dalle configurazioni utilizzate su di un prototipo, sono state apportate significative modifiche alla struttura, sia per quel che riguarda l’aggiunta di elementi strutturali sia per quel che concerne l’utilizzo di materiali compositi. A tal fine sono stati utilizzati due tipi di software: in principio è stato effettuato un calcolo CFD (Computational Fluid Dynamics) per ottenere la distribuzione delle pressioni sul profilo, in seguito sono stati utilizzati questi risultati nel calcolo strutturale tramite FEM (Finite Element Method). L’utilizzo di questi software ha permesso di verificare l’affidabilità dell’ala in svariate situazioni, da quella di portanza in crociera al worts case di impatto con un corpo sommerso. Sono stati analizzati in seguito anche i modi e le frequenze proprie di vibrazione per individuare ulteriori punti di concentrazione delle tensioni. Inoltre è stato fatto uno studio approfondito del metodo di collegamento ala-stelo-scafo, del quale verrà descritta nei particolari la configurazione adottata. Tutte le soluzioni tecnologiche e strutturali sono state adottate nell’ottica di sviluppare un componente di facile creazione e pratico assemblaggio, essendo questa una priorità dell’intero settore industriale (e quindi anche aerospaziale). In seguito si procederà con la descrizione del flyak e dei suoi componenti, verrà poi fornita una trattazione teorica dei metodi di calcolo utilizzati (principalmente FEM) e dei software impiegati. La restante parte dell’elaborato sarà interamente dedicata all’esposizione dei risultati ottenuti e delle scelte adoperate nello sviluppo dell’ala.

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Parole chiave

calcolo strutturale
compositi
elementi finiti
fem
finite element method
flyak
kayak
modellizzazione assistita
nastran
patran
profili alari
strutture

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