Inizio del progetto di sviluppo di un nuovo concetto di bordo di attacco per l'assorbimento di energia di impatto

The problem of bird strikes on aircraft leading edges is a dangerous event that could cause important damage on the primary structure of the wing. In this master thesis, it has been searched alternative solutions to this problem, making use of the assumption that leading edge works as a protective barrier of the structure. To do so, it has been led a study of different energy absorbing materials. It has been investigated metallic foams and lattice structures as possible candidates, due to their lightness and their energy absorbing capacity by deformation. Afterwards it has been simulated two impacts of steel ball projectile on aluminum plate and on carbon fiber reinforced plate, with the objective of predicting the basic physic phenomena on this kind of dynamic events and of developing a numerical model able to predict the impact behavior of these materials before making experimental tests. In particular, it has been observed initial velocity and residual velocity of the projectile after it has perforated the plate. Model validation has been made using experimental data coming from literature. It has been determined these numerical simulations are able to predict the impact behavior of aluminum and composite laminate in terms of initial and residual velocity with accuracy. Finally, tensile and compressive behavior modelling of lattice structures fabricated with selective laser melting has been made. Several experimental tests have been performed to validate the results. However, it has been found the problem of imperfections generated by the fabrication method in the lattice structures, so these structures show a not ideal behavior. Then model modifications have been inserted in the simulations with the objective of considering these imperfections. Using this method, it has been reached numerical models able to simulate the basic mechanisms of behavior of these materials.

Il problema di impatto di volatili su bordi di attacco di velivoli è un evento pericoloso che può generare dei danni importanti nella struttura primaria dell’ala. In questa tesi si è cercato di ottenere delle soluzioni alternative a questo problema, supponendo il bordo di attacco come una barriera protettrice della struttura. È stato quindi realizzato uno studio di diversi materiali con la capacità di assorbire energia di impatto. Sono stati così determinati come possibili candidati le schiume metalliche e le strutture reticolari per la loro leggerezza e la loro capacità di deformarsi assorbendo energia. Successivamente sono stati simulati due impatti con sfera di acciaio, uno su piastra di alluminio e l’altro su un laminato composito rinforzato con fibra di carbonio, con l’obbiettivo di prevedere i fenomeni principali di un evento dinamico di questo tipo e di sviluppare un modello numerico in grado di prevedere il comportamento a impatto di questi materiali prima di realizzare le prove sperimentali. In particolare, si è osservata la velocità iniziale e quella residuale del proiettile dopo che questo abbia perforato la piastra. Per validare i modelli, sono stati utilizzati risultati sperimentali presenti nella letteratura. Si è determinato che queste simulazioni numeriche sono in grado di predire il comportamento a impatto dell’alluminio e del laminato composito in termini di velocità iniziale e residuale con molta accuratezza. Infine si è effettuata la modellazione del comportamento a trazione e compressione di diversi tipi di strutture reticolari fabbricate con fusione selettiva a laser. Sono state realizzate diverse prove sperimentali per la validazione dei risultati. Tuttavia, si è trovato il problema delle imperfezioni generate dalla tecnica di fabbricazione nelle strutture reticolari, che le allontanano dal comportamento ideale previsto dai modelli ad elementi finiti. Sono state introdotte diverse modificazioni nelle simulazioni ai fini di considerare tali imperfezioni. Con questo metodo, sono stati ottenuti dei modelli numerici che consentono di simulare i meccanismi principali del comportamento di questi materiali.