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European industrial doctorate for damage modelling and online detection in aerospace composite structures

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Il rilevamento dei danni dei compositi aeronautici si appresta a rasentare la perfezione

Le strutture composite aerospaziali richiedono ispezioni regolari poiché sono esposte a condizioni atmosferiche estreme e contraddistinte da numerose e potenziali modalità di guasto. Il progetto SAFE-FLY, finanziato dall’UE, ha introdotto un sistema multi-dimensionale innovativo per la modellizzazione e l’individuazione dei danni.

Tecnologie industriali

Unendo le forze con un’azienda di spicco a livello mondiale nel campo della progettazione, della certificazione, della produzione e della manutenzione delle strutture composite aerospaziali, tre ricercatori in fase iniziale di carriera, sostenuti dal programma di azioni Marie Skłodowska-Curie, hanno intrapreso attività di ricerca rivoluzionarie incentrate sulla modellizzazione dei danni, sull’interazione tra onda e danni e sul monitoraggio strutturale (SHM, Structural Health Monitoring). Il progetto SAFE-FLY, finanziato dall’UE, ha permesso l’elaborazione di una metodologia affidabile aggiornata per lo svolgimento di ispezioni online sulla solidità delle moderne strutture aeronautiche.

Gettare un ponte tra il mondo accademico dell’ingegneria e l’industria aerospaziale

L’attuale formazione di ricercatori e ricercatrici nell’industria aerospaziale avviene a livello singolo, ovvero quando le aziende hanno a disposizione i propri programmi di formazione per laureati. Il progetto SAFE-FLY si è avvalso dell’opportunità offerta dalle reti europee di formazione innovativa per perseguire un partenariato pubblico-privato mirato alla formazione della futura generazione di ricercatori e ricercatrici con esperienze di ricerca multisettoriale nelle tecnologie aerospaziali. Le collaborazioni di ricerca sviluppate tramite corsi intensivi e conferenze hanno fornito a ciascun partecipante la possibilità di esporsi all’ambito più ampio dell’ingegneria scientifica. Il programma si è soffermato su sviluppo tecnico, lavoro di gruppo, competenze professionali e portata scientifica. Tra i punti salienti del programma figurano la partecipazione a moduli di insegnamento di durata semestrale, eventi caratterizzati da corsi intensivi in rete nonché a sessioni estese e intensive presso distaccamenti industriali. «Il progetto SAFE-FLY ha svolto un ruolo cruciale nell’istituzione dello spazio europeo della ricerca, in particolare nella cornice dell’infelice movimento per la Brexit, con la realizzazione di un polo di formazione per i ricercatori e le ricercatrici di domani nell’ambito della tecnologia aerospaziale», afferma Dimitrios Chronopoulos, coordinatore del progetto.

Soluzioni innovative a problemi complessi e persistenti

Uno dei principali obiettivi del progetto SAFE-FLY consisteva nella creazione di una procedura di modellizzazione dei danni affidabile, in grado di cogliere con precisione gli svariati guasti riconducibili a fibre e a matrici presenti nei compositi. Ciò è risultato possibile grazie alla proposta di un modello a campo di fase coesivo anisotropo per la cattura di modalità di guasto intralaminare complesse in compositi a strato sottile. In seguito a numerose convalide mediante esperimenti con laminati compositi rinforzati in tessuto e unidirezionali, questo modello si è dimostrato efficace nel fornire previsioni precise di fratture intralaminari, persino per strati con orientamenti arbitrari delle fibre quando sottoposti a condizioni di carico in modalità mista. Un ulteriore importante obiettivo riguardava l’esecuzione di simulazioni rapide di modellizzazione dei danni di compositi con costi computazionali minimi. Il progetto SAFE-FLY ha sostituito il modello di simulazione fisica dispendioso dal punto di vista computazionale con un surrogato più veloce ed efficiente basato sulle reti neurali artificiali. Inoltre, il gruppo di ricerca è riuscito a simulare scenari complessi di danneggiamento in presenza di diverse condizioni di carico.

Risultati fondamentali per le future strategie del processo decisionale e per le politiche di manutenzione

Il problema inverso di Bayes, la teoria dell’informazione e la logica sfumata hanno costituito i principali elementi metodologici adoperati per la gestione delle incertezze globali di ogni fase del monitoraggio strutturale di componenti aerospaziali basato su onde guidate a ultrasuoni. La conduzione di campagne sperimentali ha in parte convalidato le strutture proposte utilizzando un sistema di monitoraggio strutturale all’avanguardia denominato «PAMELA» durante i distaccamenti industriali presso l’azienda Aernnova Engineering S.A. beneficiaria industriale del progetto. Il modulo di quantificazione dei danni sviluppato favorirà inoltre un’efficiente pianificazione della manutenzione per i componenti aerospaziali europei, conducendo a una riduzione dei costi associati. «Tale impatto andrà presto a beneficio degli operatori aerei nonché dei passeggeri di tutto il mondo, con la potenziale riduzione dei costi di viaggio», conclude Chronopoulos.

Parole chiave

SAFE-FLY, aerospaziale, danni, ricerca, formazione, modellizzazione dei danni, SHM, strutture composite, monitoraggio strutturale

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