Analisi di gusci laminati in composito a rigidezza variabile tramite modelli strutturali avanzati = Analysis of laminated composite shells with variable stiffness using advanced structural models

Nell'ambito della manifattura dei materiali compositi, la possibilità di applicare le fibre seguendo dei percorsi curvi e non strettamente rettilinei porta a innumerevoli vantaggi dal punto di vista dell'efficienza strutturale. I materiali compositi che presentano questa peculiarità vengono detti Variable Angle Tow (VAT) e la loro applicazione ha recentemente ricevuto un rinnovato interesse a causa di significativi miglioramenti tecnologici riguardanti la produzione automatica. Tra gli innumerevoli benefici, essi permettono la fabbricazione di materiali compositi a rigidezza variabile senza l'introduzione di discontinuità massimizzando il rapporto rigidezza-peso e sono in grado di reindirizzare i carichi verso le aree del materiale strutturalmente più rigide, andando a migliorare le performance strutturali. Il fine di questo lavoro è la caratterizzazione di strutture a guscio laminate realizzate in materiale composito a fibre curve, studiando la risposta statica e dinamica di quest'ultime. Le analisi sono state svolte utilizzando il codice agli elementi finiti basato sulla Carrera Unified Formulation, analizzando come i risultati relativi al comportamento delle strutture in esame possano essere influenzati dalla variazione della mesh per la discretizzazione nel piano e dal tipo di teoria strutturale applicata lungo lo spessore. Sono stati implementati modelli strutturali avanzati Equivalent Single Layer e Layer Wise, facendo uso di espansioni dal primo ordine fino ad arrivare ad ordini superiori, per l'ottenimento di risultati accurati riguardanti il comportamento dinamico e statico di strutture sottili che presentano curvatura. É stata, inoltre, investigata l'importanza dell'applicazione della teoria MITC per contrastare il fenomeno del locking presente nella formulazione agli elementi finiti di piastre e gusci, che porta alla sovrastima della rigidezza strutturale a taglio e di membrana. In questo lavoro, è stata indagata, in primo luogo, la risposta statica di piastre in materiale composito sia a fibre dritte che curve per poter successivamente procedere all'analisi di pannelli curvi realizzati con fibre curve. In seguito, è stata analizzata la risposta dinamica di gusci VAT per poter poi arrivare a studiare la risposta dinamica di strutture cilindriche. Le strutture a guscio cilindriche mostrano dei vantaggi dal punto di vista del rapporto rigidezza-peso e sono convenienti nel campo della manifattura. Essi ricoprono un ruolo fondamentale nel settore aerospaziale e sono sfruttati all'interno di motori a getto, separatori centrifughi, razzi, missili e strutture satellitari rotanti. Per l'analisi modale, sono stati confrontati cilindri in materiale composito a fibre dritte e a fibre curve. Infine, è stato svolto uno studio sull'influenza dell'applicazione di rinforzi longitudinali e radiali sulla risposta modale delle strutture cilindriche stesse.