Ritz approach for the analysis of curvilinearly stiffened panels

Innovative manufacturing techniques open the door to improved flexibility in the design of aerostructures. In the past few years, research efforts carried out at VTech demonstrated the potential benefits due to structural panels stiffened with curvilinear – instead of straight – stringers. One critical issue in the design of these panels is the ability to efficiently cope with increased geometrical complexity. For instance, finite element models need to be carefully realized to guarantee proper mesh regularity, and to avoid the presence of distorted elements. This aspect, in conjunction with the time needed for the analysis, is of crucial importance when performing preliminary design optimizations. In this context, the activity aims at developing a fast method for the efficient analysis of curvilinearly stiffened panels. A Ritz-based approach is developed, which is capable of predicting the linear response (static and buckling analysis) and the dynamic one (free vibrations) with reduced computational burden. The quality of the results is assessed by comparison against finite element calculations, demonstrating the potentialities of the tool as a mean for performing preliminary parametric studies to assess the potential benefits of this innovative structural solution.

Tecnologie di produzione innovative hanno aperto la strada ad una maggiore flessibilità nel progetto di strutture aeronautiche. Negli ultimi anni, attività di ricerca svolte presso il Vtech hanno dimostrato i potenziali benefici dell'impiego di pannelli strutturali irrigiditi con correnti curvilinei, anzichè rettilinei. Un problema critico nel progetto di questi pannelli è la capacità di far fronte alla maggiore complessità geometrica in modo efficiente. Per esempio, i modelli a elementi finiti devono essere realizzati con particolare cura in modo da garantire sufficiente regolarità della mesh, ed evitare la presenza di elementi distorti. Questo aspetto, insieme al tempo necessario per l'analisi, è d'importanza fondamentale per la risoluzione di problemi di ottimizzazione strutturale. In questo contesto, il lavoro mira alla realizzazione di un metodo efficiente per l'analisi di pannelli irrigiditi con correnti curvilinei. Attraverso l'utilizzo di un aprroccio alla Ritz, è stato sviluppato uno strumento in grado di predire con limitato onere computazionale la risposta lineare (analisi statica e di buckling), e quella dinamica (vibrazioni libere). La qualità dei risultati è valutata attraverso il confronto con analisi a elementi finiti, dimostrando le potenzialità del metodo come strumento per realizzare studi parametrici preliminari che possano stimare i potenziali benefici di questa innovativa soluzione strutturale.