Contribution in bird impact numerical simulations on composite aircraft structures using SPH method

Bird strike is an important issue in the design of aeronautical structures. This work focuses on numerical simulation of bird impact on wing leading edges. One of the problems in modelling a bird impact is that for high impact speeds the bird behaves in an hydrodynamic way: this phenomenon can be modelled with classical finite elements, but sometimes big elements distortions can lead to a time step size reduction, which is particularly disappointing since explicit time integration schemes are usually employed. «Meshless» or «particle» methods represent an interesting possibility to overcome the problem: in this work, in particular, the SPH formulation implemented in ABAQUS/Explicit has been used to model the bird. In order to validate it, the model has been tested on different problems, starting from the impact on a rigid plate and getting to some real industrial applications. Moreover, since composite materials are more and more employed in the aeronautic industry a preliminary analysis on some modelling techniques for high energy impact on laminated composite structures has been performed. In particular the possibility to use continuum shell elements, possibly in combination with cohesive elements, instead of shell elements and a material law expressly developed for woven fabric composites has been evaluated. This work results from an internship in SONACA (Belgium), an international company specialized in the design, stress analysis and manufacturing of different types of aircraft leading edges.

L’impatto da volatili è uno dei pincipali eventi da tenere in considerazione nella progettazione di strutture aeronautiche. Questo lavoro si concentra, in particolar modo, sulla simulazione numerica dell’impatto di volatili su bordi d’attacco di ali. Uno dei problemi nel modellare questo tipo di fenomeno è che, per elevate velocità di impatto, il volatile assume un comportamento idrodinamico, il quale, se simulato mediante l’utilizzo di elementi finiti tradizionali, può spesso causare notevoli difficoltà, soprattutto legate alle grandi deformazioni cui gli elementi possono essere sottoposti. I metodi così detti “meshless” rappresentano, quindi, un’ interessante possibilità di ovviare al problema: in questo lavoro si è scelto di utilizzare la formulazione SPH implementata in ABAQUS/Explicit. Il processo di validazione ha seguito un percorso graduale, partendo dal caso di impatto su parete rigida, fino ad arrivare a delle applicazioni industriali vere e proprie. Inoltre, dal momento che i materiali compositi sono sempre più utilizzati nell’industria aeronautica, si è proceduto ad un’analisi preliminare di alcune tecniche di modellazione di impatto ad alte energie su laminati in composito. In particolare è stata valutata la possibilità di utilizzare degli elementi così detti di “continuum shell” anziché di shell, così come quella di sostituire al modello di danno di Hashin una legge materiale espressamente sviluppata per laminati tessuti. Questo lavoro è il risultato si un’esperienza di stage in SONACA (Belgio), società leader nella progettazione, analisi e realizzazione di vari tipi di bordi d’attacco.