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Design ottimo di un'antenna

Informazioni tesi

  Autore: Bruno De Stasio
  Tipo: Laurea liv.I
  Anno: 2009-10
  Università: Politecnico di Bari
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria meccanica
  Relatore: Luciano Lamberti
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 75

Nel lavoro di tesi ho descritto il processo di minimizzazione del peso dell’antenna. La struttura, costruita in alluminio, è stata schematizzata come una travatura reticolare spaziale comprendente ben 720 elementi collegati da 164 nodi. La struttura è formata da 20 moduli ciascuno dei quali include 36 elementi.
L’antenna, alta complessivamente 60.96 m, è a sezione trasversale quadrata di lato pari a 3.05 m in corrispondenza della base vincolata rigidamente al suolo e di lato pari a 50.8 cm alla sommità della struttura. L’antenna deve sopportare carichi concentrati di 2.27 tonnellate (5000 lbf) agenti nella direzione Y-negativa in corrispondenza dei quattro nodi di sommità e altri carichi concentrati di 45.4 kg (100 lbf) agenti sempre nella direzione Y-negativa in corrispondenza degli altri nodi liberi della struttura.
L’obiettivo del lavoro di tesi é minimizzare il peso strutturale dell’antenna in presenza di limitazioni sul massimo spostamento dei nodi liberi (minore di 6.35 mm, ossia 0.25 in) e sul massimo stress negli elementi (minore di 172.4 MPa, ossia 25000 psi). Nel lavoro di tesi sono state definite 20 variabili di sizing ciascuna delle quali corrisponde all’area della sezione trasversale degli elementi costituenti uno dei 20 moduli da cui è formata l’antenna. Il limite inferiore per le aree delle sezioni trasversali degli elementi è pari a 64.516 mm2 mentre il limite superiore delle aree delle sezioni trasversali degli elementi è pari a 645.16 cm2.
Per trovare l’ottimo globale sono state condotte run di ottimizzazione a partire da tre differenti design iniziali uniformi con aree delle sezioni trasversali delle aste pari rispettivamente a 0.1 in2, 1 in2 e 10 in2.

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L’Ottimizzazione Strutturale trova la configurazione di massima efficienza in termini di resistenza, rigidezza, costo, etc. Il primo esempio sistematico di Sintesi Strutturale è il famoso studio sul design ottimo delle travi pubblicato da Michell nel 1905. A partire dal 1960 sono stati proposti moltissimi nuovi algoritmi per trovare sempre più velocemente l’ottimo globale favorendo così la diffusione dei metodi di ottimizzazione in tutti i campi della moderna ingegneria. I codici di Ottimizzazione Strutturale, inizialmente sviluppati per applicazioni avanzate in campo aerospaziale, sono stati progressivamente integrati in codici ad elementi finiti di tipo general-purpose e si trovano comunemente implementati nei vari software commerciali. L’obiettivo del lavoro di tesi é quello di minimizzare il peso strutturale di un’antenna alta oltre 60 metri. La struttura viene modellata come una travatura reticolare spaziale in alluminio con 720 elementi collegati da 164 nodi. L’antenna deve sopportare carichi concentrati di 2.27 tonnellate agenti nella direzione Y-negativa in corrispondenza dei quattro nodi di sommità e altri carichi concentrati di 45.4 kg agenti sempre nella direzione Y-negativa in corrispondenza degli altri nodi liberi. L’ottimizzazione di peso dell’antenna viene condotta in presenza di limitazioni imposte sugli spostamenti nodali e sulle tensioni agenti negli elementi. Le variabili di design scelte nel processo di ottimizzazione sono le aree delle sezioni trasversali di ciascun elemento. Sfruttando la simmetria strutturale, gli elementi dell’antenna possono essere suddivisi in 20 gruppi ciascuno dei quali comprende 36 aste. Il problema di ottimizzazione affrontato nella tesi include quindi 20 variabili di sizing ciascuna delle quali corrisponde all’area della sezione trasversale di un gruppo di elementi. 4

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