Martina Ferrara – Modellizzazione agli elementi finiti di ala e tronco centrale del velivolo S55 replica – Luglio 2017

Abstract Attività:

Lo scopo dello studio è quello di descrivere le procedure da seguire per definire la trasformazione da un modello CAD a una struttura FEM. L’analisi è stata condotta per mezzo della modellizzazione agli elementi finiti del pannello tramite il pre-processor ANSA e successivamente l’importazione dei valori su NASTRAN per la definizione dei  risultati.

Inizialmente vengono illustrati i primi passi verso la costruzione del modello FEM tramite il check della geometria, con conseguente riparazione della stessa, e la definizione delle Middle surfaces ovvero le superfici medie di ciascun elemento che lo approssimano a un elemento bidimensionale. In seguito si definisce la creazione della mesh e quindi dei criteri di qualità, seguita dalla realizzazione di tutte le connessioni e l’inserimento di elementi monodimensionali.

Infine si procede con l’applicazione dei diversi  materiali e le conseguenti proprietà degli elementi considerati, che permettono di individuare e definire la laminazione di particolari pannelli per giungere all’analisi modale.

Come riportato sopra il primo step da definire riguarda la geometria. Essa deve infatti essere corretta dagli errori generati dal passaggio tra cad e modello fem e la definizione di superfici medie che variano da componente a componente essendoci una varietà di casi diversi. Per tale motivo è stato opportuno dividere il modello in set differenti: centine con pannello sandwich o semplici centine forate e longheroni formati semplicemente da travi o anche sandwich.

Il passaggio alla mesh è stato permesso dalla definizione di criteri di qualità dall’applicazione di offset e spessori adeguati a riprodurre il modello originale. È stato perciò applicato uno spessore agli elementi semplici mentre per casi di pannello sandwich è stata utilizzata la duplicazione degli elementi.

Per definire un modello simile a quello originale sono stati applicati elementi che sembrano di contorno, ma che in realtà non lo sono, come i materiali e la laminazione che permettono di condurre un’analisi più accurata. L’originale S55 era infatti in legno, un materiale ortotropo, che come da definizione, cambia le caratteristiche meccaniche a seconda della direzione considerata. In questo caso sono stati previsti dunque tre diversi materiali (Hemlock, pioppo e betulla), ciascuno applicato a sezioni differenti. La laminazione è definita tramite orientamenti e spessori specifici a seconda della sezione presa in considerazione.

L’esecuzione di tutti i procedimenti illustrati sopra è fondamentale per poter procedere con l’analisi modale del pannello. Quest’ultima tramite informazioni sulle frequenze di oscillazione dei pannelli sottoposti a sforzo determina il comportamento strutturale del modello.

Commento personale: Questo lavoro mi ha dato la possibilità di imparare e riconoscere quali siano i principali passaggi per la progettazione di un velivolo, confrontandomi con molteplici esperti del settore. In particolare, occupandomi dell’analisi FEM, esso mi ha permesso di sviluppare nuove conoscenze in un ambito poco trattato nel percorso di studi. È stato inoltre necessario sviluppare maggiori conoscenze nei confronti di avanzati programmi informatici, come ANSA, che negli anni hanno sostituito e implementato la realizzazione dei calcoli.

Da ultimo, ma non meno importante, questa esperienza mi è stata fondamentale dal punto di vista personale: interagire con persone serie e motivate mi ha permesso di definire il percorso per raggiungere il mio obiettivo lavorativo finale.