Davide Tomasello  – Modellizzazione agli elementi finiti di travi di coda e di impennaggi del velivolo S-55 Replica – 25 Settembre 2017

Abstract Attività: In questa prova finale ho analizzato la parte posteriore dell’idrovolante Savoia-Marchetti S-55 creando un modello agli elementi finiti che fosse usufruibile al software di calcolo Nastran. Questo compito mi è stato possibile grazie al software ANSA e da un disegno 3D della parte del velivolo da me prescelta. Il primo passaggio compiuto è stato la semplificazione della Geometria: ho considerato ogni componente della struttura, ho scartato gli elementi non strutturali superflui, come viti e bulloni, e ho cercato di ricondurre i rimanenti a degli elementi mono- o bidimensionali a seconda che avessero una o due lati molto maggiori rispetto alle restanti. Elementi come le centine e i longheroni sono stati semplificati come elementi bidimensionali, chiamati SHELL, e si è proceduto a sostituire i componenti originali con superfici alle quali sono state inserite alcune proprietà, come lo spessore, in modo tale che fossero equivalenti agli elementi di partenza. I timoni, invece, che sono formati principalmente da travi, sono stati semplificati con curve.  Gli incastri e gli incollaggi presenti tra centine e longheroni e tra altri elementi semplificati come SHELL si sono introdotti sul software per mezzo di intersezioni.
Il risultato della lavorazione si può vedere nelle figure presenti nella pagina successiva.

Mi è stato chiesto di studiare la sezione delle travi di coda, costituita da una corona ellittica con quattro rinforzi e confrontarla successivamente con una sezione equivalente realizzata in Alluminio. La nuova sezione calcolata presenta lo stesso peso, ma è caratterizzata da diametri 15% inferiori a quelli originali e al tempo stesso ha una resistenza ai carichi il 20% maggiore, essa non ha più bisogno dei 4 rinforzi presenti precedentemente.

Il passaggio successivo è stato la creazione della Mesh, una griglia che servirà successivamente quando si andranno a inserire i carichi, lungo gli elementi SHELL. La Mesh deve seguire dei parametri e deve rispettare dei criteri impostati accuratamente. In pochi minuti si sono creati più di 400’000 elementi, un numero molto ampio, ma si voleva salvaguardare alcuni dettagli presenti nel modello, per questo si è adottata una lunghezza media degli elementi di soli 8 mm.
Sulle curve create precedentemente si sono creati gli elementi monodimensionali BEAM e si sono vincolati tra di loro e con alcuni elementi SHELL tramite corpi rigidi chiamati RBE2.

Infine si sono introdotti i materiali, il legno è il materiale scelto da Marchetti per l’S-55.
Per avere maggiori proprietà meccaniche al posto di considerare il legno massello, si è preso in considerazione maggiormente il legno compensato. I legni con cui si ricostruirà la parte posteriore dell’idrovolante saranno il compensato di Betulla, in inglese Birch, il compensato di Pioppo, Poplar, e il legno di Pino, Hemlock. Si sono dunque inserite le proprietà meccaniche di questi materiali, insieme a quelle dell’Acciaio e dell’Alluminio, ai componenti dell’idrovolante.

Commento personale: Partecipando al Progetto Replica 55 mi sono approcciato all’Analisi agli Elementi Finiti, o FEM, usata modernamente per qualsiasi studio ingegneristico, applicandola a un modello così ampio come la parte posteriore dell’idrovolante potendo vedere molte sfaccettature. In questo progetto collaborano molti universitari ed esperti condividendo idee, conoscenze e opinioni, incentivando il lavoro di squadra e la crescita degli studenti.