Analisi Strutturale e Simulazioni FEM
In sintesi
- 01Dimensionamento statico di strutture primarie e secondarie
- 02Modelli FE globali e di dettaglio in HyperMesh
- 03Calcolo a fatica e definizione della Transfer Function
- 04Analisi termoelastiche per satelliti e strutture spaziali
Le simulazioni FEM, basate sul metodo degli elementi finiti, ci permettono di prevedere come si comporterà una struttura prima di costruirla. Così si alleggeriscono i componenti, si riducono i prototipi e si arriva alle prove con meno sorprese.
Analisi strutturale: dal carico al margine di sicurezza
Tutto parte dai casi di carico: manovre, atterraggi, raffiche, carichi di emergenza e condizioni termiche. Per ciascuno ricaviamo le sollecitazioni nei componenti, poi le confrontiamo con le resistenze ammissibili del materiale e infine calcoliamo il margine di sicurezza. Così un margine positivo dice che il pezzo regge, mentre uno troppo alto dice che si può alleggerire.
Simulazioni FEM con modelli globali e di dettaglio
Un modello FE globale rappresenta la struttura intera con elementi relativamente grandi. Infatti serve a capire come si distribuiscono i carichi e quali forze arrivano a ogni componente. Il modello di dettaglio, invece, applica quelle forze a una zona più piccola, con una mesh fine, per leggere bene le tensioni intorno a fori, raccordi e attacchi.
Costruiamo entrambi in HyperMesh, con controlli di qualità sugli elementi e verifiche di equilibrio sui carichi. Poi li risolviamo con OptiStruct e MSC Nastran.
Analisi a fatica e definizione delle Transfer Function
Le strutture aeronautiche sono soggette a carichi variabili nel tempo che possono innescare fenomeni di fatica anche in assenza di sovraccarichi eccezionali. Per valutarne la resistenza e stimarne la vita utile, è fondamentale comprendere come le tensioni nei punti strutturalmente critici varino al variare delle condizioni di carico.
La Transfer Function descrive la relazione tra i carichi applicati alla struttura e la risposta tensionale locale nei punti di interesse. Definita a partire dal modello agli elementi finiti (FE), consente di ricostruire le tensioni associate a differenti combinazioni di carico e condizioni operative, riducendo la necessità di eseguire ripetutamente analisi strutturali complete.
Questo approccio permette di elaborare in modo efficiente gli spettri di carico e di supportare le successive valutazioni di vita a fatica su un elevato numero di condizioni di volo.
SIM4FLIGHT ha applicato questa metodologia anche al programma AW09, occupandosi della definizione delle Transfer Function a supporto delle analisi di fatica nell’ambito delle verifiche strutturali.
Carichi termoelastici nello spazio
In orbita un satellite passa dal sole all’ombra della Terra più volte al giorno. Perciò le escursioni di temperatura deformano la struttura e possono disallineare strumenti e pannelli. Con le simulazioni FEM termoelastiche calcoliamo deformazioni e tensioni partendo dalle mappe di temperatura, come nel lavoro svolto per lo Space Program di OHB Italia.
Cosa consegniamo
- Modelli FE documentati e riutilizzabili, nei formati richiesti
- Analisi statiche lineari e non lineari, modali e di vibrazione
- Calcolo a fatica e definizione delle Transfer Function
- Analisi termoelastiche per strutture spaziali
- Report con risultati, margini e criteri di accettazione
Cosa verifichiamo
- Strutture primarie e secondarie in metallo
- Collegamenti: rivettature, bullonature, attacchi e fitting
- Stabilità di pannelli e correnti (instabilità a compressione e taglio)
- Componenti di interni e allestimenti, come i sedili crashworthy
- Attrezzature di terra e banchi prova
Domande frequenti
Che cosa sono le simulazioni FEM?
Sono analisi numeriche che dividono una struttura in tanti piccoli elementi e ne calcolano deformazioni e tensioni sotto carico. Così si verifica un componente prima di produrlo e provarlo.
Che cosa significa dimensionamento strutturale?
Significa definire spessori, materiali e geometrie di un componente perché resista a tutti i casi di carico di progetto con i margini richiesti, senza peso in eccesso.
Che differenza c'è tra Limit Load e Ultimate Load?
Il Limit Load è il carico massimo atteso in servizio: la struttura non deve deformarsi in modo permanente. L'Ultimate Load è il Limit Load moltiplicato per un fattore di sicurezza, di solito 1,5: la struttura non deve rompersi.
Quali software utilizzate?
HyperMesh per costruire i modelli, OptiStruct e MSC Nastran come solutori, HyperView per leggere i risultati.
Qual è la differenza tra modello globale e modello di dettaglio?
Il modello globale mostra come i carichi si distribuiscono nell'intera struttura. Il modello di dettaglio, invece, riceve quei carichi e calcola con precisione le tensioni in una zona critica, come un attacco o un foro.
Che cos'è la Transfer Function nel calcolo a fatica?
È la relazione tra i carichi esterni e la tensione in un punto critico. Una volta definita sul modello FE, permette di calcolare la vita a fatica su molte condizioni di carico.
Avete esperienza su satelliti?
Sì. Nello Space Program di OHB Italia abbiamo eseguito analisi strutturali per valutare il comportamento del satellite sotto carichi termoelastici estremi.