Obbiettivo è quello di studiare le tecniche di monitoraggio strutturale applicate alle costruzioni aerospaziali, sia valutandone la conveniente applicabilità a casi specifici (aeromobili ad ala fissa, elicotteri, veicoli spaziali), sia indagando l'efficacia di nuovi approcci metodologici di validità generale.

L’attività è svolta nell’ambito di un partenariato costituito dalle seguenti università:

• POLIMI-DAER (capofila)
• Università degli Studi di Roma La Sapienza
• POLITO
• Univesità degli Studi di Pisa
• Università degli Studi di Napoli Federico II e Università di Aversa

Per quanto riguarda i velivoli ad ala fissa, viene sviluppato un sistema di monitoraggio del danneggiamento strutturale - SHMS - basato sull'impiego di sensori wireless, strain-gauge elettrici e/o piezoelettrici. L'attività è articolata in una fase che prevede lo sviluppo di un codice di calcolo con il quale viene simulato il comportamento di un componente strutturale significativo, sia integro che danneggiato. Il codice prevede anche la presenza dei sensori. Una opportuna campagna di prove sperimentali consente di validare il codice di calcolo e di valutare l'efficacia e l'affidabilità del sistema predisposto. Nel campo dei velivoli ad ala rotante, viene studiata l'applicazione delle tecniche di monitoraggio strutturale con sensori a fibra ottica (FOS) alle pale di rotore di elicotteri. L'approccio è di tipo multidisciplinare, e coinvolge le tecnologie, la scienza dei materiali, la sperimentazione strutturale, e l'analisi numerica. Viene individuato un rotore ed una tipologia reale di pala "di riferimento". Vengono messe a punto le tecniche di inglobamento e valutate sensibilità, affidabilità, durabililità e invasività passiva ed attiva dei FOS. Viene realizzato un set di pale in scala inglobanti FOS, impattato a bassa energia per effettuare prove di caratterizzazione, di integrità e di funzionalità residua per validare i risultati numerici. Esse sono svolte prima con un modello multicorpo del rotore, poi con un modello FEM della pala in composito; i materiali sono non-lineari; gli schemi di integrazione implicita ed esplicita. Viene modellata la risposta della pala ad impatti a bassa energia e valutati gli effetti del danno sulle caratteristiche globali e le variazioni dei carichi sulla pala infine viene valutata le capacità dei FOS di individuare i danni. Lo studio delle tecniche di monitoraggio dell'integrità strutturale delle costruzioni spaziali, consiste in attività di tipo teorico-modellistico e sperimentale. Prima viene inquadrato in primo luogo il problema dello structural health monitoring nel campo dei sistemi di management dello stato di salute dell'intero spacecraft (system health management). Poi vengono studiate due tipologie di strutture spaziali tipiche: una di materiale composito (pannelli o elementi di supporto presenti nelle strutture primarie di satelliti di rilevanti dimensioni (maggiori di 1000 kg) ed una protezione termica per sistemi di rientro atmosferico. Entrambe si possono riferire sia a missioni senza equipaggio che a missioni con equipaggio. Sono identificate le tecnologie sensoristiche più idonee, modellandole numericamente per valutarne l'efficacia. Infine vengono condotti esperimenti su prototipi per valutarne funzionalità ed affidabilità. Per quanto riguarda lo sviluppo di nuovi metodi per il monitoraggio strutturale, si valuta la possibilità di identificare e caratterizzare i danneggiamenti in componenti strutturali aeronautici mediante l'impiego di "lamb waves" ad alta frequenza e campi vibrazionali modali a bassa frequenza. Un set-up innovativo consistente in una rete di sensori distribuita ed integrata nelle strutture analizzate (sensori ad ultrasuoni e/o piastrine piezoelettriche o vibrometri laser) viene utilizzato per determinare cambiamenti nelle proprietà dinamiche dei componenti dovuti a danneggiamenti strutturali. Un indice di danno, ottenuto mediante confronto delle risposte dinamiche di due configurazioni successive della struttura viene utilizzato per caratterizzare il danneggiamento strutturale. Si considera infine la possibilità di sviluppare un Sistema Intelligente di Health Monitoring Strutturale (ISHM) basato sul concetto di struttura che "richiede assistenza quando realmente serve".
Inoltre si sviluppa un nuovo metodo di individuazione del danno basato sulle vibrazioni, che si fonda sulla teoria della "Proper Orthogonal Decomposition" (POD), per diagnosticare, localizzare e valutare l'entità del danno interlaminare in pannelli multistrato (particolare attenzione sarà dedicata ai danni inter-laminari). Il
metodo viene implementato su pannelli bi-dimensionali con delaminazioni di diversa entità. Viene analizzata la sensibilità al rumore e studiato l'effetto di eccitazioni armoniche e impulsive. Infine si sviluppa, implementa e valida una procedura numerica per l'analisi progressiva del danneggiamento interlaminare in laminati compositi soggetti a carichi statici. I criteri di rottura sono scelti in letteratura, il modello strutturale è l'approccio originale HZZ FEM. La procedura consente di prevedere l'insorgere di una danneggiamento e di seguirne la propagazione. I risultati numerici vengono validati tramite test sperimentali.