Image-Based Methods for Investigating the Dynamic Behavior of Space Structures under Multiaxial Loads.

Nell’industria aerospaziale, la caratterizzazione e validazione dei componenti è fondamentale per garantire sicurezza, affidabilità e prestazioni delle strutture destinate all’impiego in orbita o in ambienti critici. Le metodologie tradizionali, come il Random Control Test e l’Operational Modal Analysis (OMA), sono strumenti consolidati per lo studio delle proprietà dinamiche e modali, ma richiedono strumentazioni dedicate, lunghi tempi di preparazione e un setup sperimentale complesso, con conseguente aumento dei costi. Parallelamente, la Digital Image Correlation (DIC) si è affermata come tecnica ottica estremamente precisa, utile anche per evitare l’uso di accelerometri su componenti leggeri. Tuttavia, presenta limiti significativi: necessita di pattern randomici sulle superfici, genera grandi moli di dati e comporta tempi di elaborazione elevati, riducendone l’efficienza in contesti in cui rapidità e flessibilità sono prioritarie. In tale scenario, la presente tesi, sviluppata in collaborazione con Siemens Industry Software Leuven, propone e approfondisce l’applicazione della metodologia Virtual Motion Magnification (VMM), un approccio image-based innovativo implementato in sinergia con l’ambiente di simulazione Blender. La VMM consente di amplificare virtualmente piccoli movimenti e deformazioni non percepibili a occhio nudo, a partire da sequenze video acquisite con videocamere standard. Questo rende possibile estrarre informazioni qualitative preliminari sul comportamento dinamico delle strutture in modo rapido, non invasivo e con un livello di complessità strumentale notevolmente ridotto rispetto ai metodi convenzionali. L’assenza di pattern dedicati e la possibilità di lavorare direttamente su immagini di facile acquisizione rappresentano ulteriori vantaggi, che collocano la VMM come tecnica versatile e a basso costo. Il caso studio ha riguardato un cubesat dimostrativo, sul quale è stato condotto un Random Control Test. L’applicazione della VMM ha permesso di evidenziare e interpretare le principali forme modali del sistema, di verificare l’adeguatezza delle condizioni di vincolo e di ottenere una caratterizzazione qualitativa del comportamento strutturale in fase di pre-testing. I risultati hanno dimostrato come la VMM sia in grado di ridurre sensibilmente tempi e risorse necessarie alla preparazione sperimentale, mantenendo al contempo un livello di affidabilità adeguato per supportare la progettazione e la validazione preliminare. Le conclusioni di questo lavoro confermano il potenziale della Virtual Motion Magnification come strumento complementare alle tecniche tradizionali di analisi modale e vibrazionale. In prospettiva, l’estensione della metodologia a scenari più complessi, includendo ad esempio la valutazione degli effetti delle condizioni di illuminazione, del rumore di acquisizione e della qualità delle camere impiegate, potrebbe ulteriormente raffinarne l’applicabilità e consolidarne il ruolo nei processi di sviluppo aerospaziale. La VMM si configura dunque come un approccio promettente, capace di coniugare rapidità, economicità e valore informativo, contribuendo ad accelerare i cicli di progettazione e test di componenti spaziali.