Modello analitico e numerico di onde di deformazione generate da impatti a bassa velocita su una lastra di alluminio

Damage in structural composite panel due to low velocity impact, are the main cause of accidents in aeronautical field. These events boosted the researches toward an continuous control of the health structure , called Structural Health Monitoring, which allow the impact area localization and consequently, the application of non destructive control technique to limited regions. So the damage localization in composite panels of the aircraft or helicopter structure is easier and more delimited. In order to improve a SHM system is needed to train neural network with lots of data, which are made from an input and output: input data is a particular feature of the deformation wave due to low velocity impact and output data is the impact point. This combination of data can be generated by experimental tests (Data-based approach) or by numerical model (Model-based approach). In this thesis it’s considered the Model-based approach, in particular it’s created a numerical model of an aluminum panel while low velocity impact occurs, with a focus on the fundamentals propagation modes, called symmetric mode (S0) and anti-symmetric mode (A0). The firs model created is made with cubic elements because they can show the propagation mode correctly but it’s need lots of time to achieve an completed analysis. The second model is made with shell elements, which are less expensive from the anaysis time point of view. In the last chapter is presented a comparison between the deformation that occurs in a shell model and the deformation measured by strain gauge during an experimental test. These models come after the bibliographic research, by which it is possible to found 2 different groups of work and locate this thesis. Moreover it’s extract complete dispersion curve by solve propagation equation with a MatLab routine.

I danneggiamenti dovuti a impatti a bassa velocità hanno causato numerosi incidenti in campo aeronautico e in modo particolare in campo elicotteristico. Questo ha spinto la ricerca verso il monitoraggio continuo della struttura, cioè verso sistemi di Structural Health Monitoring, grazie ai quali è possibile localizzare un impatto ed applicare alla zona interessata gli opportuni controlli non distruttivi, in questo modo la localizzazione di eventuali danni alla struttura composita che costituisce la maggior parte dei velivoli è molto più agile e mirata. Per realizzare questo è necessario istruire una rete neurale con una popolazione di dati, i quali saranno costituiti da un input, che sarà una caratteristica dell’onda di deformazione generata dal impatto, da un output noto che sarà il punto in corrispondenza del quale è avvenuto l’impatto. Tale popolazione di dati può essere creata sperimentalmente (Data-based approach) o numericamente (Model-based approch). Nel presente lavoro di tesi si considera l’approccio Model-based, in particolare si costruirà il modello numerico di una lastra di alluminio interessata da un impatto a bassa velocità e ci si concentrerà sulla modellazione dei modi di propagazione fondamentali. Il primo modello presentato sarà formato da elementi cubici i quali riproducono correttamente i modi di propagazione ma richiedono oneri computazionali elevati. Il secondo modello creato è formato dal elementi shell, per i quali le analisi numeriche richiedono meno tempo. In fine sarà presentato il confronto tra le deformazioni del modello shell e quelle misurate da estensimetri durante un test sperimentale. I suddetti modelli numerici saranno preceduti da una ricerca bibliografica, grazie alla quale è possibile identificare 2 direzioni di ricerca e collocare il presente lavoro di tesi. Inoltre sono state ricavate le curve complete di dispersione, risolvendo iterativamente le equazioni descrittive dei 2 modi di propagazione fondamentali.