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Ottimizzazione di componenti aerospaziali con struttura reticolare variabile = Optimization of aerospace components with functionally graded lattice structures

Antonino Vassallo

Ottimizzazione di componenti aerospaziali con struttura reticolare variabile = Optimization of aerospace components with functionally graded lattice structures.

Rel. Giorgio Chiandussi, Andrea Tridello. Politecnico di Torino, Corso di laurea magistrale in Ingegneria Meccanica, 2018

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Abstract:

L’Additive Manufacturing (AM) di parti metalliche, combinato ad un redesign mirato ad esaltarne le peculiarità, risulta avere un impatto positivo sui componenti ad alto valore aggiunto come quelli aerospaziali i quali devono soddisfare rigorosi requisiti strutturali, termici e qualitativi e al tempo stesso rispettare stringenti vincoli sul peso e sui coefficienti di sicurezza. L’impiego di software di ottimizzazione e l’utilizzo di strutture alleggerite come quella reticolare (lattice) rappresentano una valida alternativa alle tradizionali metodologie di design che spesso, condizionano e limitano le scelte progettuali di un componente e in certi casi risultano in processi produttivi lunghi e costosi. Questa tesi si pone l’obiettivo di presentare l’attuale stato dell’arte dell’AM con particolare attenzione ai componenti in alluminio di impiego aerospaziale e la relativa ottimizzazione funzionale di strutture reticolari variabili in termini di cella e di diametro dei trabecoli in seguito all'applicazione di determinate condizioni di carico. Al fine di giustificare determinate scelte progettuali, dal momento che la progettazione per l’AM è imprescindibile dal materiale utilizzato e dalla tecnologia di fabbricazione, verranno illustrate con maggiore dettaglio la tecnologia powder bed fusion e le polveri metalliche impiegate, nonché verrà esposta una panoramica inerente alle strutture reticolari. Allo scopo di descrivere l’iter progettuale e la relativa ottimizzazione di una qualsivoglia struttura aerospaziale, si è scelto, in collaborazione con Thales Alenia Space, un caso studio particolare da riprogettare in ottica di una produzione mediante tecnologia Selective Laser Melting. Nello specifico si è studiato il redesign di un pannello per applicazioni satellitari che assolve alla duplice funzione di supporto strutturale per gli equipaggiamenti installati sullo stesso e di smaltimento del calore originato dai medesimi mediante una serpentina interna. Allo stato attuale il pannello è di tipo sandwich ed è costituito da un core in honeycomb racchiuso tra due pelli incollate e la sua produzione con le tecnologie convenzionali risulta complessa e dispendiosa. L’attività di riprogettazione si è basata sulla sostituzione della struttura a nido d’ape con un reticolo tridimensionale e sulla realizzazione dell’intero componente come pezzo monolitico e ha tenuto conto sia dei limiti dimensionali imposti dalla camera di lavoro del macchinario che verrà utilizzato per la costruzione del prototipo (EOS M270) che dei vincoli progettuali intrinseci dell’AM. Per individuare la migliore configurazione ottimizzata della struttura lattice (variando il diametro dei trabecoli in funzione dei carichi agenti), sono state studiate diverse opzioni (in termini di dimensioni e tipo di cella) su un modello sub-scale (realizzato in CATIA) rappresentativo del componente di partenza. Dopo aver eseguito un’opportuna modellizzazione del componente, sono state eseguite delle analisi FEM mediante l’impiego dei software 3-Matic ed Hyperworks. I confronti sono stati attuati a parità di condizioni ed è stato realizzato un trade-off che ha tenuto conto del peso, degli stress e degli spostamenti massimi delle varie opzioni e che ha condotto alla scelta di una particolare configurazione da applicare al pannello, la quale è stata verificata e da cui ne sono state tratte le opportune considerazioni che ne hanno permesso un confronto con il modello originale.

Relators: Giorgio Chiandussi, Andrea Tridello
Academic year: 2018/19
Publication type: Electronic
Number of Pages: 246
Subjects:
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in Ingegneria Meccanica
Classe di laurea: New organization > Master science > LM-33 - MECHANICAL ENGINEERING
Aziende collaboratrici: THALES ALENIA SPACE ITALIA SPA
URI: http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/9427
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