Dottorato in INGEGNERIA AERONAUTICA E SPAZIALE

Titolo della tesi: Development of shape sensing and damage monitoring algorithms for digital twins of aeronautical structures

Le crescenti esigenze di strutture aeronautiche più leggere, sicure ed efficienti stanno spingendo la ricerca verso una gestione strutturale basata sulle condizioni operative e orientata ai digital twin, al fine di abbandonare il tradizionale approccio basato su manutenzione programmata. In questo contesto, la capacità di stimare in tempo reale lo stato strutturale, sia in termini di prestazioni che di integrità, rappresenta un requisito fondamentale. In questa tesi viene sviluppato un framework di Structural Health Monitoring per lo shape sensing e il monitoraggio del danno di strutture aeronautiche, combinando approcci fisici e data-driven tramite una singola rete di sensori a reticolo di Bragg. Nella prima parte, vengono sviluppate metodologie di shape sensing basate sul metodo degli elementi finiti inversi. Poiché tale metodo richiede un numero elevato di sensori per ricostruire accuratamente il campo di spostamento, vengono proposte diverse strategie per mantenere un’elevata accuratezza di ricostruzione riducendo al contempo il numero di sensori da installare, così da permettere un’applicabilità concreta in scenari industriali reali. I framework proposti sono validati tramite simulazioni numeriche e test sperimentali su strutture aeronautiche rappresentative. Nella seconda parte, vengono analizzate metodologie per il monitoraggio del danno strutturale, con particolare attenzione alla detection e localizzazione. Gli approcci adottati sono basati sull’analisi modale operazionale e si fondano sulle variazioni nelle forme modali di deformazione tra una configurazione di riferimento e quella corrente della struttura. Sono sviluppate metodologie completamente automatizzate, sia tramite indici di danno che reti neurali. Tali framework sono validati attraverso casi studio numerici e dati sperimentali acquisiti da un aliante in scala in materiale composito. Nel complesso, il lavoro svolto in questa tesi rappresenta un importante passo avanti nello sviluppo di digital twin strutturali, supportando la transizione verso aeromobili di nuova generazione.