Valutazione della stabilità di correnti in materiale composito soggetti a compressione mediante analisi agli elementi finiti

Introduzione VI Introduzione Elevati rapporti tra resistenza e peso, con elevate affidabilità, costituiscono i parametri fondamentali per la progettazione delle strutture aeronautiche. L’utilizzo dei materiali compositi in ambiente aeronautico permette la costruzione di strutture molto resistenti, con elevata rigidezza e peso contenuto rispetto ai materiali metallici convenzionali. Le caratteristiche anisotrope dei materiali compositi, con una attenta valutazione e conoscenza direzionale dei carichi di esercizio di un aeromobile, possono migliorare il vantaggio del loro utilizzo mediante l’orientamento delle fibre in funzione dei carichi, e conseguente riduzione del peso rispetto ai materiali convenzionali fino a valori del 30%. Le prime applicazioni di materiali compositi avanzati, mediante l’utilizzo di fibre continue di Boro o Carbonio annegate in matrici di resina epossidica con caratteristiche meccaniche di elevata rigidezza ed alta resistenza, si hanno a partire dai primi anni 60 in ambiente militare americano, per la costruzione di parti strutturali o intere superfici aerodinamiche dei velivoli, ad esempio i piani di coda dell’F-111 e dell’F-14 ed anche parti strutturali dell’F-16 [5]. In campo civile l’adozione dei materiali compositi è avvenuta in tempi successivi, con utilizzo sempre maggiore nel tempo, passando da strutture secondarie tipo l’equilibratore di coda del Boeing 727, a strutture primarie tipo il piano di coda orizzontale del Boeing 737, fino ai giorni nostri con la realizzazione del Boeing 787 nel quale le strutture primarie, tra cui le ali e la fusoliera, sono realizzate al 50% da materiali compositi [17]. Nella Figura 1 viene rappresentato a titolo di esempio il progressivo utilizzo dei materiali compositi nelle parti che compongono i velivoli commerciali convenzionali. La riduzione del peso strutturale è il vantaggio fondamentale nell’uso dei materiali compositi: per velivoli commerciali, a parità di payload e di tratta, si hanno risparmi considerevoli di carburante, che si traduce anche in una diminuzione degli agenti inquinanti immessi nell’atmosfera; per velivoli militari il vantaggio si può evidenziare con capacità di missioni più estese e raggiungimento di velocità più elevate. Rispetto ai metalli il costo delle materie prime, della progettazione, dei componenti di prova per le certificazioni e della produzione di prototipi ed attrezzature è più elevato. Tuttavia attente valutazioni innovative di progettazione delle strutture, l’eliminazione o la riduzione di elementi di fissaggio ed il progressivo aumento dell’automazione del processo di fabbricazione, portano ad abbattere nel tempo gli elevati