Descrizione della commessa "Modelli matematici e metodi numerici per la dinamica del volo e la meccanica dei solidi (ICT.P11.006)"

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  • Descrizione della commessa "Modelli matematici e metodi numerici per la dinamica del volo e la meccanica dei solidi (ICT.P11.006)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • - Previsioni di rientro: Gestione delle emergenze dovute al rientro incontrollato di satelliti potenzialmente pericolosi negli strati più densi dell'atmosfera terrestre, a supporto delle attività di protezione civile. - Detriti spaziali: Preservazione dell'ambiente circumterrestre per le applicazioni future, formulazione di standard di mitigazione per ridurre la produzione di nuovi detriti, sviluppo di tecnologie innovative per il recupero di stadi e satelliti abbandonati nello spazio, ed elaborazione di linee guida a supporto delle attività tecniche e legali di organismi internazionali. - Palloni stratosferici: Capacità di gestire voli di lunga durata, con ricadute positive sulla raccolta di importanti dati ambientali e scientifici. - Meccanica strutturale: I modelli matematici e i metodi numerici studiati consentiranno di ampliare le potenzialità applicative del nuovo codice agli elementi finiti NOSA-ITACA, che sarà utilizzato nel settore dei Beni Culturali per l'analisi strutturale di antichi edifici in muratura di interesse artistico e architettonico. (literal)
Strumentazione
  • Le attività della commessa non richiedono generalmente l'utilizzo di dispositivi o apparecchiature particolari. Considerati i rapidi progressi nelle prestazioni dei personal computer commerciali e tenendo conto del fatto che, grazie ai finanziamenti esterni acquisiti, è stato possibile aggiornare costantemente il parco macchine, le periferiche e il relativo software di supporto, l'attuale dotazione di personal computer (un paio di dozzine), diversi dei quali multi-core a elevate prestazioni, è più che adeguata per lo svolgimento di gran parte delle attività previste. (literal)
Tematiche di ricerca
  • DINAMICA DEL VOLO Dinamica, analisi orbitale e controllo di missioni spaziali; modellazione fisico-matematica dei detriti spaziali, della loro evoluzione a breve e a lungo termine e dell'efficacia delle misure di mitigazione proposte; studi di fattibilità per l'active debris removal; analisi di missione, modellazione dinamica e controllo del volo di palloni stratosferici, compresi gli aspetti di recupero del carico pagante e di sicurezza; previsioni di rientro di oggetti spaziali non controllati, accuratezza dei modelli di atmosfera e analisi delle fonti di errore; studio degli effetti orbitali delle perturbazioni non gravitazionali; esperimenti spaziali di fisica fondamentale. MECCANICA DEI SOLIDI Formulazione di modelli matematici per la termomeccanica dei solidi (studio di equazioni costitutive di materiali elastici non lineari, elastoplastici e murature); sviluppo di metodi numerici per la soluzione di problemi di equilibrio e di evoluzione; implementazione dei modelli matematici e degli algoritmi studiati nel codice agli elementi finiti NOSA, interamente sviluppato dal laboratorio di Meccanica dei Materiali e delle Strutture, per analisi strutturali non lineari. (literal)
Competenze
  • Le attività spaziali sono cominciate nel 1975, per il controllo del volo del primo satellite geostazionario italiano, il SIRIO. In seguito, grazie alle competenze sviluppate presso la NASA e la DLR, è stato fornito supporto ai progetti e agli studi di fattibilità del Piano Spaziale Nazionale (CNR/ASI), collaborando anche con l'industria. Da menzionare la partecipazione a diverse missioni spaziali internazionali, sia in ambito ESA che NASA, tra le quali il segmento europeo della Stazione Spaziale Internazionale e quattro missioni dello Space Shuttle. Nel campo della meccanica dei solidi le attività sono iniziate nel 1980 e si sono articolate in ricerca, sviluppo software e consulenza, con particolare riferimento all'ingegneria strutturale. In questi anni sono stati studiati e sviluppati modelli fisico/matematici e metodi di calcolo per la soluzione di problemi applicativi. Sono state maturate competenze nei seguenti settori: equazioni costitutive (materiali elastoplastici, materiali elastici lineari e non, etc.), problemi di equilibrio ed evoluzione e loro soluzione numerica, metodo degli elementi finiti, analisi statiche, analisi dinamiche non lineari, analisi termiche. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • - Detriti spaziali: Elaborazione di standard e procedure per la mitigazione dei detriti orbitali, con impatto sulla progettazione e fabbricazione di lanciatori e veicoli spaziali, sulla pianificazione delle missioni spaziali, nonché sulla gestione delle operazioni in orbita. - Stima degli errori dei modelli di atmosfera: Descrizione più accurata del moto dei satelliti in orbita bassa, con ricadute positive sulle operazioni spaziali, sulle applicazioni satellitari, sulla conoscenza dell'interazione tra sole, magnetosfera e atmosfera, e sulle previsioni di lifetime e rientro incontrollato di satelliti. - Palloni stratosferici: Test di tecnologie aerospaziali innovative da applicare a strumenti e velivoli di nuova concezione. - Meccanica dei solidi e delle strutture: L'attività di ricerca è finalizzata allo studio di molti problemi applicativi dell'industria meccanica, aeronautica e navale, ed in particolare alla messa a punto di strumenti di calcolo utilizzabili nella progettazione e nella verifica di componenti di impianti nei settori dell'industria siderurgica e dell'industria produttrice di refrattari. (literal)
Tecnologie
  • E' disponibile una vasta libreria di programmi e modelli per affrontare vari problemi di dinamica del volo spaziale e dei palloni stratosferici. Diversi di questi sono stati acquisiti da agenzie spaziali o da ditte specializzate, mentre altri sono stati sviluppati, potenziati o modificati in-house per affrontare tematiche particolari, come la modellazione dei detriti spaziali e le previsioni di rientro nell'atmosfera di satelliti. In meccanica dei solidi i modelli e gli algoritmi studiati sono stati implementati nel codice agli elementi finiti NOSA. Il NOSA è stato applicato con successo a numerosi problemi di ingegneria. In particolare, negli ultimi anni vi è stata implementata l'equazione costitutiva dei materiali masonry-like, con lo scopo di studiare la statica di solidi murari e di modellare interventi di restauro e consolidamento su edifici di particolare valore architettonico. E' stata anche maturata una notevole esperienza nell'uso del codice per analisi strutturali MSC.Marc e del codice grafico interattivo MSC.Mentat, entrambi a disposizione della commessa. (literal)
Obiettivi
  • L'obiettivo principale è la soluzione di problemi di ingegneria, con elaborati modelli e metodi fisico-matematici, nei campi della dinamica del volo e della meccanica dei solidi. La scelta dei problemi da trattare si basa sulle esigenze, nei settori di competenza, manifestate da potenziali finanziatori esterni, sia italiani che stranieri, quali istituzioni, agenzie, organizzazioni internazionali, enti pubblici e privati, privilegiando quelle attività che vedono ancora una scarsa presenza industriale, per il carattere innovativo e il volume ancora ridotto del mercato. Oltre alle prospettive di finanziamento, le possibili ricadute applicative, il valore tecnico-scientifico, le collaborazioni qualificanti, la promozione e la pubblicazione dei risultati, nonché l'interesse nazionale sono tra i principali fattori considerati nell'elaborazione delle strategie di ricerca e nella pianificazione delle attività. (literal)
Stato dell'arte
  • DINAMICA DEL VOLO - Detriti Orbitali: agenzie spaziali e organizzazioni internazionali stanno affrontando il problema, per preservare lo spazio per le applicazioni future e garantire la sicurezza degli astronauti, definendo norme, standard e interventi che richiedono un elaborato lavoro di modellazione e analisi. Palloni Stratosferici: a causa del costo contenuto, sono delle piattaforme ideali per la qualificazione di esperimenti e tecnologie spaziali. MECCANICA DEI SOLIDI - Le seguenti attività risultano rilevanti per l'industria meccanica, aeronautica, elettronica, aerospaziale, siderurgica, di produzione dei refrattari, nonché per le istituzioni preposte alla salvaguardia del patrimonio architettonico nazionale: studio di modelli innovativi per l'ingegneria strutturale (strutture sottili, nuovi materiali, materiali compositi), modellazione di processi di formatura dei metalli (stampaggio, estrusione, imbutitura, trafilatura), analisi termiche, analisi strutturale di antiche costruzioni in muratura (analisi statica e dinamica, interventi di consolidamento), analisi termomeccaniche di strutture soggette a carichi termici (rivestimenti refrattari, processi di saldatura). (literal)
Tecniche di indagine
  • Per quanto riguarda la dinamica del volo spaziale, le tecniche di indagine utilizzate sono mutuate dalla meccanica celeste, dall'astrodinamica, dall'astronomia, dalla teoria delle perturbazioni, dalla fisica della gravitazione, dalla geodesia spaziale e dall'analisi numerica. Per la dinamica del volo dei palloni stratosferici le discipline di riferimento sono invece la fisica dell'atmosfera, la termodinamica, l'analisi numerica e il filtraggio dei dati. Quanto alla meccanica dei solidi, la modellazione e la soluzione di problemi di interesse applicativo, ingegneristico ed industriale sono possibili grazie all'integrazione di conoscenze e competenze tipiche della termomeccanica dei solidi, dell'ingegneria strutturale, della scienza delle costruzioni, con quelle dell'analisi numerica, con particolare riferimento ai metodi per l'integrazione numerica di equazioni differenziali alle derivate parziali (elementi finiti, etc.). (literal)
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