Sviluppo e validazione di un modello di volatile SPH in Abaqus Explicit

The present work, carried out in collaboration with Akka Tecnologies and Leonardo Helicopters Division, deals birdstrike issues through the numerical simulation of the impact of a bird on an aeronautical structure. The aim is the development of a numerical SPH bird model in Abaqus Explicit able to correctly reproduce the behavior of a real bird during the impact, transferring the same forces and causing the same damage to the target structure. The validation of the developed numerical model was carried out in two phases.The former, a FEM simulation of some experimental tests on rigid targets described in the literature, in which both surrogates in ballistic gelatin and real birds were involved.The latter, a numerical simulation of tests on deformable targets. Many shots were performed on the cockpit of AW609 in previous experimental campaigns for certification and development of the aircraft itself, these tests are reproduced. The quantities analyzed as trends of forces exchanged between structure and bird, deformations of the bird itself during the impact, damages reported to the structure, impact time, and the results obtained show an excellent level of numerical-experimental correlation and allow to define the SPH model developed as a reliable tool to be used in next birdstrike analysis. Some differnces in the experimental results obtained by using surrogates in gelatine as projectiles and real birds are found and described . The work ends studying with the SPH bird model developed and validated in two real birdstrike cases, with the aim of determining the behavior of some areas of the AW609 cockpit during the impact.

Il presente lavoro di tesi, svolto in collaborazione con Akka Tecnologies e Leonardo Divisione Elicotteri, affronta le problematiche relative al birdstrike attraverso la simulazione numerica dell'impatto di un volatile su una struttura aeronautica. L'obiettivo di questo lavoro di tesi, è lo sviluppo di un modello di volatile SPH in Abaqus Explicit in grado di riprodurre correttamente il comportamento di un volatile reale durante l'impatto, trasferendo le stesse forze e causando gli stessi danni alla struttura bersaglio. La validazione del modello numerico sviluppato è stata effettuata in due fasi.La prima, simulando a FEM alcune prove sperimentali su bersagli rigidi descritte in letteratura, nelle quali sono stati utilizzati sia surrogati in gelatina balistica sia volatili reali.La seconda, riproducendo numericamente dei test su bersagli deformabili. Si sono simulati degli spari effettuati sul cockpit di AW609 in precedenti campagne sperimentali a fini di certificazione e di sviluppo del velivolo stesso. Le grandezze analizzate come l'andamento temporale delle forze scambiate tra struttura e volatile, le deformazioni del volatile durante l'impatto, i danni riportati alla struttura, i tempi d'impatto e i risultati ottenuti, mostrano un ottimo livello di correlazione numerico-sperimentale e permettono di definire il modello SPH sviluppato come uno strumento affidabile da utilizzare nelle future simulazioni di impatto tra un volatile e una struttura. Nelle analisi condotte, si sono inoltre evidenziate alcune differenze nei risultati sperimentali ottenuti utilizzando come proiettili da un lato i surrogati in gelatina balistica e dall'altro i volatili reali. Il lavoro si è concluso con l'utilizzo del modello di volatile SPH sviluppato e validato in due casi studio con lo scopo di determinare il comportamento a birdstrike di alcune zone del cockpit di AW609.