Alessandro Polla – Modellizzazione agli elementi finiti di alettoni e castello motore del velivolo S55 replica – 25 Luglio 2017
Abstract Attivita’:
Un modello capace di rappresentare la realtà dei fenomeni il più fedelmente possibile. Un modello capace di predire il comportamento delle strutture se sollecitate da forze concentrate o eccitate da fenomeni vibratori. Scopo dell’attività di tesi è stato appunto quello di caratterizzare un modello che rispondesse a queste e altre esigenze per noi fondamentali nello studio della struttura dell’S55. Grazie all’utilizzo di raffinati software quali ANSA e NASTRAN si è potuto affrontare al meglio questa impresa che per quattro tesisti quali eravamo sembrava impensabile. Primo step riguarda l’estrazione degli alettoni, del castello motore e del corpo centrale del velivolo dal modello CAD complessivo. Mediante l’utilizzo del pre-processor ANSA si è proceduto con la creazione, semplificazione e correzione delle superfici CAD. Una volta semplificata la geometria si è passati alla definizione di un modello FEM congruente con il grado di dettaglio richiesto dalle varie parti. Le strutture quali centine e longheroni sono state semplificate mediante Pshell (Quad e Tria) con differenti proprietà di spessore e materiale. Elementi come gambe del castello motore e particolari geometrie appartenenti all’alettone sono state descritte mediante elementi solidi (Hexa e Tetra).
Una volta terminata la definizione del modello FEM si è passati alla caratterizzazione dei vari materiali. Il velivolo S55 presenta la maggior parte delle strutture a base lignea. Si evidenzia come centine, longheroni e rivestimenti del profilo aerodinamico siano costituiti in laminato ad n-strati aventi differenti orientazioni delle fibre (+45,-45,+45,0,90,0,+45,-45,+45) a seconda del proprio spessore. Ogni modello strutturale dell’S55 così modellizzato presenta in definitiva circa mezzo milione di elementi aventi lati di circa 15-20mm (Quad e Tria).
Nell’attività di tesi svolta si è andato ad indagare il comportamento strutturale di alettoni, castello motore ed ala centrale, in risposta a specifiche frequenze eccitanti il sistema. Studi di questo tipo vengono definiti “analisi modali”. L’obbiettivo è la determinazione di frequenze alle quali la struttura raggiunge la risonanza, fenomeno per cui si ha l’accoppiamento dei propri modi di vibrare con quelli della sorgente eccitatrice. Un’azione prolungata di frequenze vicine a quelle proprie della struttura può indurre danni a fatica, deformazioni o rotture. I motivi sopra elencati evidenziano l’importanza di effettuare uno studio preliminare attraverso un’analisi modale. Elementi come alettoni, castello motore e corpo centrale risentono della maggior parte delle sollecitazioni provenienti dalla corrente aerodinamica che lambisce le superfici di controllo e dalle sollecitazioni provenienti dai due motori alternativi. Per i motivi sopra citati si sono definiti modelli FEM di dettaglio, capaci di rappresentare le varie strutture fedelmente. Prossimi steps saranno la definizione dei carichi aerodinamici e l’analisi statica delle strutture. Qui di seguito vengono rappresentate alcune immagini del modello agli elementi finiti e dei risultati ottenuti.
Commento personale: Opportunità come quella offerta dal gruppo Replica55 e dall’azienda BETA CAE sono da cogliere al volo. La possibilità di entrare a far parte di un progetto “vivo”, l’occasione di imparare ad utilizzare software decisivi per il campo ingegneristico sono solo alcuni dei tanti aspetti positivi che accompagnano questa nostra ascesa verso il comune obbiettivo. Grazie alla passione di molti esperti del settore, noi studenti abbiamo potuto imparare aspetti cruciali nell’organizzazione di un progetto di tale vastità arricchendo così il nostro bagaglio culturale ed ampliando le nostre capacità tecniche e relazionali.