Tailoring aeroelastico di strutture composite con angolo di laminazione variabile = Aeroelastic tailoring of variable angle tow composite structures

Il tailoring aeroelastico consiste nella progettazione di superfici portanti in materiale composito, andando ad utilizzare una disposizione delle fibre che migliori le prestazioni dal punto di vista aeroelastico, ovvero che eviti il più possibile la comparsa di instabilità aeroelastiche, quali la divergenza e il flutter. Questi sono quindi fenomeni da evitare perché porterebbero deformazioni molto grandi, che porterebbero alla rottura della struttura. Un primo obiettivo è quello di verificare l’accuratezza dei modelli strutturali utilizzati per diversi modelli, via via più complessi utilizzando dei riferimenti bibliografici per confrontare i risultati. In secondo luogo, si vogliono mettere in luce le prestazioni aeroelastiche e strutturali di modelli in materiale composito a fibre curvilinee (VAT) Nell’ambito di questa tesi vengono presentati dal punto di vista teorico i modelli strutturali e aerodinamici che vengono poi sfruttati per le analisi aeroelastiche. Per quanto riguarda il modello strutturale viene utilizzata la Carrera Unified Formula (CUF) per il raffinamento di elementi beam che costituiscono il modello, mentre per il modello aerodinamico si adotta un metodo ai pannelli chiamato Doublet Lattice Method. Per eseguire le analisi aeroelastiche il modello strutturale e il modello aerodinamico vengono accoppiati tramite l’utilizzo di un metodo di spline, dopodiché si risolvere l’equazione aeroelastica attraverso il PK-Method. Per diversi modelli di piastra vengono fatte analisi statiche e dinamiche andando a variare il numero di nodi del modello e quindi i suoi gradi di libertà, oppure alternando un modello Layer Wise a uno di tipo Equivalent Single Layer. Le analisi sono state fatta anche cambiando le proprietà del materiale: prima isotropo, poi ortotropo con fibre rettilinee e infine introducendo le fibre curvilinee. Le analisi dinamiche permettono di ottenere frequenze e modi propri della struttura importanti per studiarne la rigidezza e fare un’analisi preliminare sul flutter. In seguito, vengono fatte le analisi aeroelastiche per diversi modelli, con lo scopo di trovare la velocità di flutter e di divergenza rappresentative della stabilità aeroelastica di una struttura. Quello che si è osservato è che laminati VAT hanno il vantaggio di abbinare zone in cui le fibre sono parallele al bordo d’attacco e zone in cui le fibre sono inclinate di 45°: questo permette di ottenere una buona rigidezza sia a flessione che a torsione, cosa che porta vantaggi dal punto di vista aeroelastico, senza penalizzare le prestazioni strutturali. Infine, è stato verificato che l’utilizzo della CUF, per costruire il modello strutturale, permette di ridurre il costo computazionale rispetto a modelli agli elementi finite tridimensionali mantenendo comunque un’alta accuratezza.