Collaudo simulato di materiali aeronautici

Lo stimolo a produrre velivoli più leggeri, e quindi più veloci, senza comprometterne la sicurezza, ha dato luogo ad un intenso lavoro di ricerca nel campo della scienza dei materiali. L'industria aerospaziale europea sta utilizzando una gamma innovativa di materiali compositi rinforzati con fibre. Una delle necessità più impellenti di questo settore è il miglioramento sostanziale delle tecniche di simulazione per il collaudo dei materiali. Necessità brillantemente soddisfatta da questo progetto.

Tecnologie industriali

I materiali compositi, ovvero materiali prodotti dalla combinazione di altri materiali, sono utilizzati da secoli, come testimoniano i mattoni di fango rinforzati con la paglia. Questo è un tipico esempio di materiale composito rinforzato con fibre: la paglia rappresenta le fibre e il fango, più duttile e malleabile, incapsula la matrice di fibre. Oggigiorno i materiali compositi, a base di materie plastiche e rinforzati con fibre di carbonio, sono ampiamente utilizzati nell'industria aerospaziale per la loro leggerezza unita alle ottime proprietà di resistenza agli impatti. Le proprietà di resistenza all'impatto dei materiali compositi rinforzati assumono un'importanza cruciale nel contesto della sicurezza dei velivoli. Questi materiali sono utilizzati per la costruzione di ali, motori a reazione e strutture della fusoliera. Gli urti ad elevata velocità con uccelli, la presenza di oggetti estranei sulla pista o lo scoppio di pneumatici pongono quindi problemi molto seri per quanto riguarda la sicurezza del velivolo, come dimostrato dal recente incidente del Concorde a Parigi. HICAS, (High Velocity Impact of Composite Aircraft Structures - Impatto ad alta velocità delle strutture aeronautiche in materiale composito) è l'acronimo di un progetto di ricerca di base varato da un consorzio di fabbricanti di strutture e motori aeronautici, istituti di ricerca e specialisti software. I partner del progetto hanno sviluppato una metodologia per simulare numericamente e prevedere la risposta agli impatti ad alta velocità dei componenti e delle strutture realizzati in materiali compositi, utilizzati nei velivoli. In particolare, sono state sviluppate procedure per la misurazione delle proprietà meccaniche di materiali aeronautici selezionati sottoposti ad elevati livelli di sollecitazione ad alta velocità di applicazione. Sono state inoltre sviluppate regole relative alle proprietà costitutive dei materiali e modelli di cedimento per materiali compositi avanzati con rinforzo in forma unidirezionale o in tessuto, sottoposti a impatto ad alta velocità fino a 400 m/s. Queste regole sono state già applicate in tre codici di impatto e urto a elementi finiti attualmente disponibili in commercio. La simulazione, su strutture composite idealizzate, delle prove di resistenza ad alta velocità di applicazione di carico e di impatto, ha fornito ulteriori conferme della validità della metodologia a elementi finiti. La disponibilità di strumenti di simulazione convalidati è essenziale per l'industria aeronautica, in quanto l'utilizzo di questi strumenti consente una riduzione sostanziale dei costi di sviluppo e accelera il ciclo di realizzazione dei nuovi materiali, offrendo alle industrie europee un buon vantaggio in un settore caratterizzato da una feroce concorrenza internazionale. I materiali compositi, inoltre, trovano oggi impiego anche nelle strutture automobilistiche. Per questa ragione, le capacità di modellazione dei cedimenti di questi algoritmi possono essere applicate in maniera diretta anche a questo più ampio settore industriale, con conseguenze economiche evidenti e immediate. Maggiori informazioni sul lavoro di sviluppo dei codici, nonché sui documenti relativi a conferenze e seminari sono disponibili sul sito HICAS: http://home.t-online.de/home/07131910742-0001/hicas.htm(si apre in una nuova finestra)