Designing drones by combining finite element and atomistic simulations: a didactic approach

Autori

DOI:

https://doi.org/10.1478/AAPP.99S1A33

Parole chiave:

Finite element simulations, drones, Molecular Dynamics,

Abstract

A didactic multiscale approach for drone modeling is proposed. Specifically, we investigate the drone structure at both macroscopic and microscopic scales, by making use of finite element and atomistic simulations, respectively. The structural analysis is performed with the aim to equip the drone with specific sensors and measuring instruments capable to detect the existence of volcanic ash, SO2, CO2 and other pollutants in the atmosphere after a volcanic eruption. We show that, by modeling the tubular structure of the drone with a sandwich constituted by a a polystyrene core, carbon fiber skins and epoxy matrix, a weight saving of 7 grams for each drone arm can be obtained, in comparison to the standard commercial drones, although a slight worsening of the mechanical performances is observed. In addition, the molecular structure of the polystyrene chains has been investigated by using atomistic Molecular Dynamics simulations, providing further information on the local structure of the polymer chains. Additional improvements of the weight saving could be obtained by means of the the topological optimization techniques on the body of the drone and on the supports for landing.

Biografie autore

  • Marcello Raffaele, Università degli Studi di Messina
    Dipartimento di Ingegneria, Contrada Di Dio, 98158 Messina
  • Maria Teresa Caccamo, Università degli Studi di Messina
    Dipartimento di Scienze Matematiche e Informatiche, Scienze Fisiche e Scienze della Terra, Viale F. Stagno d'Alcontres 31, 98166 Messina
  • Giuseppe Castorina, Università degli Studi di Messina
    Dipartimento di Scienze Matematiche e Informatiche, Scienze Fisiche e Scienze della Terra, Viale F. Stagno d'Alcontres 31, 98166 Messina
  • Stefania Lanza, Università degli Studi di Messina
    Dipartimento di Scienze Matematiche e Informatiche, Scienze Fisiche e Scienze della Terra, Viale F. Stagno d'Alcontres 31, 98166 Messina
  • Salvatore Magazù, Università degli Studi di Messina
    Dipartimento di Scienze Matematiche e Informatiche, Scienze Fisiche e Scienze della Terra, Viale F. Stagno d'Alcontres 31, 98166 Messina
  • Gianmarco Munaò, Università degli Studi di Messina

    Dipartimento di Scienze Matematiche e Informatiche, Scienze Fisiche e Scienze della Terra, Viale F. Stagno d'Alcontres 31, 98166 Messina

     

    Postdoc researcher at the Department of Mathematics and Informatics, Physics and Earth Sciences.

  • Giovanni Randazzo, Università degli Studi di Messina
    Dipartimento di Scienze Matematiche e Informatiche, Scienze Fisiche e Scienze della Terra, Viale F. Stagno d'Alcontres 31, 98166 Messina

Pubblicato

2021-09-30

Fascicolo

Sezione

New Horizons in Teaching Science (Conference Proceedings)