Analisi strutturale dinamica mediante calcolo FEM di una piastra strumentata per Applicazioni Aerospaziali

La presente trattazione si inserisce all’interno di una collaborazione con il Dipartimento di Elettronica del Politecnico di Torino per l’approfondimento strutturale del comportamento di particolari elementi di impiego aerospaziale. Tali elementi di tipo modulare presentano particolari vantaggi per la realizzazione di componenti più complessi e multifunzionali che quindi richiedono una caratterizzazione più di dettaglio anche dal punto di vista dinamico-strutturale.
L’impiego di questi elementi permetterebbe l’abbattimento dei costi nella realizzazione di sistemi/componenti aerospaziali di scala ridotta grazie ad un’impostazione di tipo modulare basata sull’idea di un componente multifunzionale. Si tratta di un elemento con il compito tanto di assolvere a funzioni prettamente strutturali quanto di fungere da piattaforma per ospitare i principali sottosistemi che comunemente trovano impiego sulla classe di configurazioni aerospaziali interessata. Trattandosi inoltre di strutture modulari, offrono la possibilità di essere assemblate in geometrie particolarmente vantaggiose, creando configurazioni adatte a svolgere funzioni anche totalmente differenti fra loro (dalla struttura per pannello solare a quella per ospitare telescopi ottici a quella, cubica, adatta per accogliere un generico payload).
Assume quindi un interesse concreto l’analisi strutturale dinamica della piastra in questione, per valutarne frequenze di vibrazione proprie e deformazioni modali nelle varie configurazioni di vincolo e di carico. Inoltre risulta importante definire le metodologie di simulazione il numero di elementi, l’effetto della tipologia di elemento utilizzato e la simulazione dei vincoli. La tesi quindi cerca di
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definire in maniera operativa questi aspetti avendo come obiettivo quello di caratterizzare l’elemento dal punto di vista delle frequenze proprie di vibrazione.
Ci si è avvalsi, per tale scopo, del metodo di calcolo FEM tramite il codice di calcolo Nastran e dello strumento di pre/post processing Patran.
L’approccio seguito per affrontare questo problema prevede di creare un modello agli elementi finiti della piastra procedendo per gradi. Si è partiti dal massimo livello di esemplificazione possibile fino a giungere ad un modello che rappresentasse la struttura “reale”, arricchendo e modificando opportunamente quello creato in precedenza.
Gli elementi di complicazione presenti nel componente studiato sono dovuti principalmente alla natura non esclusivamente strutturale dello stesso; essendo infatti predisposto ad ospitare svariati elementi circuitali, esso è composto da più strati di geometrie e materiali non uniformi. Si è trattato inoltre il caso particolarmente interessante, studiato nel Capitolo 9, della struttura collegata nel proprio centro ad una massa costituita da un insieme motore-ruota di inerzia. Questa rappresenta, fra le configurazioni standard previste per la piastra strumentata, quella di massima sollecitazione.
Il lavoro svolto si è infine concluso con la realizzazione di un modello semplificato di una configurazione realistica a geometria cubica contenente la piastra analizzata in precedenza.
Per ogni stadio dell’analisi si sono trattate le condizioni al contorno più frequenti e si è cercato, laddove possibile, di confrontare i dati ottenuti dal calcolatore con quelli calcolati avvalendosi delle teorie descrittive di volta in volta più adatte. Si sono quindi commentati i risultati più importanti.