Load identification in sensorized structural fittings

In recent years, research in the aerospace sector has been focusing on the Health and Usage Monitoring Systems (HUMS), which are systems that provide for the continuous monitoring of defects, stress and strain inside the structures as well as of environmental and flight parameters, by means of embedded sensors that ensure structural integrity. If suitably implemented on aircrafts, they are able to significantly reduce inspection time and consequently maintenance costs, which is of main interest. This thesis is the continuation of a previous program, the DIAManT Project developed by the Department of Aerospace Science and Technology (DAER) at Politecnico di Milano in order to conceive innovative strategies for the integration of FBG sensors on optical fibers inside structural components printed in AM technology. After a deep finite element analysis regarding the expected behaviour of the sensorized fitting into consideration, the final thesis objective is indeed to develop a new genetic algorithm for load identification and to apply it in order to recognize loads of new experimental test conditions which have been performed. The algorithm performances are acceptable for the identification of some experimental load conditions that have been tested in actuator configurations. On the other hand, test results on track configurations are not considered reliable: some issues encountered during the DIAManT experimental activity have still in part been observed, although the slipping and friction phenomena have been avoided. Future activity will deal with the improvement of both the track experimental test conditions and the algorithm efficiency.

Negli ultimi anni, la ricerca nel settore aerospaziale ha concentrato la sua attenzione sui Sistemi di Monitoraggio della Salute e dell'Utilizzo (HUMS), sistemi che permettono il continuo monitoraggio di difetti, stress, deformazioni nelle strutture, parametri ambientali e di volo facendo uso di sensori integrati che garantiscono l'integrità strutturale. Quando implementati correttamente a bordo, questi sistemi sono capaci di ridurre in maniera significativa il tempo di ispezione e di conseguenza i costi di manutenzione, il che è di primario interesse. Questa tesi è la prosecuzione di un programma precedente, il progetto DIAManT sviluppato al Dipartimento di Tecnologie e Scienze Aerospaziali (DAER) del Politecnico di Milano per concepire strategie innovative per l'integrazione dei sensori FBG su fibre ottiche in componenti strutturali stampati in additive manufacturing. Dopo una approfondita analisi ad elementi finiti con lo scopo di investigare il comportamento atteso del fitting sensorizzato in analisi, l'obiettivo finale della tesi è infatti lo sviluppo di un nuovo algoritmo genetico per l'identificazione del carico e di applicarlo per riconoscere i carichi in nuove condizioni di test sperimentali che sono stati effettuati. Le prestazioni dell'algoritmo sono accettabili per l'identificazione di alcune condizioni sperimentali che sono state testate nelle configurazioni attuatore. Al contrario, i risultati dei test nelle configurazioni track non sono ritenuti affidabili: alcuni problemi riscontrati nell'attività sperimentale del progetto DIAManT sono stati ancora in parte osservati, nonostante i fenomeni di attrito e slittamento siano stati evitati. Una futura attività si occuperà di migliorare sia le condizioni di test sperimentali sia le prestazioni dell'algoritmo.