Analisi termomeccanica di rotori mediante elementi finiti = Thermomechanical Analysis of Rotors Using Finite Elements

Questo lavoro di tesi si concentra sull'analisi del comportamento dinamico e termico di strutture rotanti mediante il metodo numerico Carrera Unified Formulation (CUF), implementato nel codice MUL2. L’obiettivo principale è valutare la risposta vibratoria e gli effetti dei carichi termici su diverse configurazioni strutturali, confrontando i risultati con quelli ottenuti tramite ANSYS APDL , ANSYS Mechanical e soluzioni analitiche. Lo studio ha riguardato alberi rotanti modellati sia come travi che come cilindri cavi, nonché pale rotanti con diversi profili aerodinamici e sezioni trasversali. È stata analizzata l'influenza della forza centrifuga e delle sollecitazioni termiche sulle proprietà dinamiche del sistema, con particolare attenzione alla variazione delle frequenze naturali, ai diagrammi di Campbell e ai fenomeni di instabilità. Inoltre, sono state studiate diverse configurazioni di vincolo per valutarne l’impatto sulla risposta dinamica complessiva. L’analisi di strutture rotanti richiede modelli numerici avanzati in grado di garantire un buon compromesso tra accuratezza e costi computazionali. I metodi classici, come le formulazioni basate su travi o piastre, spesso risultano insufficienti per cogliere tutti gli effetti tridimensionali, mentre modelli completamente 3D possono essere computazionalmente onerosi. In questo contesto, la Carrera Unified Formulation (CUF) si pone come una soluzione efficace, offrendo un approccio unificato che integra diverse teorie e modelli matematici in un unico framework. Questo metodo consente di ottenere risultati precisi con un costo computazionale ridotto, adattandosi sia ad analisi bidimensionali che tridimensionali. Un'attenzione particolare è stata dedicata alle strutture in materiale composito, ampiamente utilizzate nei settori aerospaziale e industriale per le loro elevate prestazioni meccaniche. In questa fase dello studio, è stata analizzata l’influenza di parametri come la sequenza di impilamento e il numero di strati sulla risposta dinamica e termica di travi e pale rotanti. I risultati ottenuti confermano l’efficacia del metodo CUF nell'analisi di sistemi rotanti complessi e dimostrano l'importanza di considerare congiuntamente gli effetti dinamici e termici nella progettazione di strutture ad alte prestazioni. Il confronto con i risultati ottenuti tramite ANSYS ha permesso di validare le simulazioni e di fornire strumenti utili per la modellazione e l’ottimizzazione di componenti rotanti in ambito industriale e aerospaziale.