Design of M-346 aircraft's vertical tail in CFC by means of progressive failure analysis

The thesis describes the innovative procedure adopted for the design of M-346 aircraft’s vertical tail, in carbon fiber composite (CFC), by mean of Progressive Failure Analysis. This will be performed by the numerical code MSC/NASTRAN 2012.1 (SOL 400) with the aid of the pre-post-processor PATRAN 2012.2. The aim is to investigate the potentiality of PFA, which are: perform the prediction of composite structure behavior; increase the performance; reduce the structural weight. The first phase of the project consist in a bibliographic research to define one or more internal configurations of the fin, followed by a finite element modeling. Subsequently, the structures will be dimensioned through a static analysis, according to the criterion of First Ply Failure (method commonly used for the design of composite components). Finally, applying the Progressive Failure Analysis will be possible to verify the structures and possibly proceed with further optimization. The reliability of the results is supported by a preliminary and detailed investigation of the PFA features, carried out on a simple example in order to fully understand the functioning of this innovative method of analysis.

La tesi descrive l’innovativo procedimento adottato per il dimensionamento del Vertical Tail del velivolo M-346, in materiale composito, facendo uso della Progressive Failure Analysis (PFA). Tale analisi verrà eseguita per mezzo del codice numerico MSC/NASTRAN 2012.1 (SOL 400) con l’ausilio del pre-post-processore PATRAN 2012.2. L’obbiettivo primario riguarda l’indagine delle potenzialità del metodo PFA: migliorare la prevedibilità dei fenomeni legati alla natura dei materiali compositi nonché ridurre il peso e migliorare le prestazioni della struttura analizzata. La prima fase del progetto consiste in una ricerca bibliografica per definire una possibile configurazione interna della deriva, seguita da una modellazione ad elementi finiti. Successivamente la struttura verrà dimensionata, tramite un’analisi statica, secondo il criterio della First Ply Failure (metodo comunemente utilizzato per la progettazione di componenti in materiale composito). Infine, applicando la Progressive Failure Analysis, sarà possibile verificare la struttura ed eventualmente procedere con un’ulteriore ottimizzazione. L’affidabilità dei risultati è supportata da un esame preliminare e dettagliato delle caratteristiche della PFA, effettuato su un semplice esempio per apprendere appieno il funzionamento di questo innovativo metodo di analisi.