بررسی ارتعاش آزاد ورق و تاثیر کاهنده ترک بر ابعاد، لاغری و جنس مواد به کمک روش المان محدود

نوع فایل:PDF

تعداد صفحات:9

سال انتشار:1394

چکیده

یکی از معمول ترین مسایل موجود در بررسی سلامت سازه ها، تعیین شدت و محل ترک های احتمالی ایجاد شده در آنها می باشد. جهت اطمینان از کارکرد مناسب بسیاری از سازه ها، لازم است آنها به طور مداوم مورد بررسی قرار گیرند. از جمله روشهای معمول در این زمینه آزمایش های غیر مخرب مانند اشعه X و امواج فراصوت می باشند که هزینه بالای انجام آنها موجب شده که محققین سعی در توسعه روش های مبتنی بر آنالیز سازه ها نمایند، یکی از اولین مشخصات سازه آسیب دیده، تغییر در سختی موضعی سازه و در نتیجه عوض شدن فرکانس های طبیعی و شکل های مودی آن می باشد. در این مقاله به ارائه ی یک دید مهندسی مناسب نسبت به میزان تاثیر ترک بر فرکانسهای ارتعاشی با توجه به ابعاد، لاغری و جنس مواد و همچنین شرایط تکیه گاهی مختلف می پردازیم

واژگان کلیدی

ارتعاش آزاد، مکانیک شکست، روش المان محدود، ترک، فرکانس طبیعی

مدل سازی و تحلیل سازه ای بال هواپیمای تجاری Structural Modeling and Analysis of Commercial Aircraft wing

 واژه­ های کلیدی: تحلیل استاتیکی، ارتعاش آزاد، روش المان محدود، روش گالرکین، سرعت و فرکانس فلاتر

 فصل 1: مقدمه و تاریخچه

1-1- پیشگفتار2

1-2- تاریخچه3

1-3- هدف پایان نامه6

1-4- محتویات پایان نامه6

فصل 2: ساختمان بال و مواد سازنده

2-1- مقدمه9

2-2- پیکربندی بال10

2-2-1- انواع بال10

2-2-2- جایگاه و شکل بال11

2-3- اجزای تشکیل دهنده بال12

2-3-1- تیرک­های طولی بال13

2-3-2- تیغه یا دنده­های عرضی15

2-3-3- اجزای طولی تقویت کننده16

2-3-4- اجزای تقویت کننده و استحکام بخش16

2-3-5- پوسته بال16

2-4- پارامترهای هندسی بال16

2-4-1- نسبت منظری16

2-4-2- نسبت مخروطی17

2-4-3- زاویه عقب­گرد18

2-4-4- زاویه دایهدرال یا هفتی18

2-4-5- پیچش بال19

2-5- سطوح کنترلی بال20

2-5-1- شهپر20

2-5-2- کاهنده برآ21

2-6- مواد سازنده اجزای هواپیما24

2-6-1- خواص مواد پرکاربرد در هواپیما25

فصل 3: بارگذاری

3-1- مقدمه29

3-2- ضریب بار31

3-2-1- ماکزیمم ضریب بار مانور32

3-2-2- ضریب بار ناشی از جریان ناگهانی هوا34

3-3- بارهای حدی و نهایی35

3-4- معیارهای طراحی سازه36

3-5- خواص جوی37

3-6- طراحی بارهای ناشی از سوخت و روغن38

3-7- پوش مانور پروازی40

3-7-1- نیروهای ناشی از تندباد و تلاطم42

3-8- بارگذاری سازه بال مطابق با استاندارد FAR 2542

3-8-1- کلیات43

3-8-2- بارهای پروازی45

3-8-3- بارهای مکمل48

3-8-4- بارهای سطوح کنترلی و بارهای سیستمی48

3-8-5- بارهای زمینی49

3-8-6- بارهای ناشی از خستگی و خوردگی49

فصل 4: تئوری

4-1- تحلیل استاتیکی51

4-2- تعیین فرکانس­های طبیعی و شکل مودها51

4-2-1- روش اجزای محدود52

4-2-2- روش تفاضل محدود55

4-2-3- روش المان مرزی55

4-3- تحلیل دینامیکی در نرم افزار اجزای محدود55

4-3-1- تحلیل با استفاده از مقادیر ویژه56

4-3-2- تحلیل پاسخ فرکانسی خطی57

4-3-3- تحلیل پاسخ گذرای خطی58

4-4- مبانی آیروالاستیسیته استاتیکی و دینامیکی60

4-4-1- پدیده­های آیروالاستیک استاتیکی61

4-4-2- پدیده­های آیروالاستیکدینامیکی65

4-4-3- روش حل و تحلیل رفتار دینامیکی78

فصل 5: مدل­سازی کامپیوتری

5-1- مقدمه82

5-2- مدل­سازی بال82

5-3- سیستم سوخت در هواپیما85

5-3-1- تعیین محل دقیق مخازن سوخت86

5-4- تحلیل سازه­ای87

5-5- مدل بارگذاری89

فصل 6: شبیه سازی عددی و ارائه نتایج

6-1- مقدمه94

6-2- اعتبارسنجی مدل سازه­ای94

6-3- تحلیل استاتیکی95

6-3-1- تحلیل تنش برای ضریب بارهای مختلف95

6-3-2- بررسی زاویه نصب دنده­های عرضی103

6-3-3- بررسی سطح مقطع تیرک طولی106

6-3-4- تحلیل سوخت108

6-4- تحلیل فرکانسی110

6-5- تحلیل آیروالاستیسیته112

6-5-1- تحلیل فلاتر بال دارای شکستگی مدل­سازی شده119

فصل 7: جمع بندی و ارائه نتایج

7-1- مقدمه127

7-2- نتیجه گیری127

7-2-1- تحلیل تنش127

7-2-2- تحلیل آیروالاستیک128

7-3- ارائه پیشنهاد128

 فهرست شکل­ها

 شکل2-1: اجزای سازنده بال.. 9

شکل2-2: محل نصب و شکل بال.. 11

شکل2-3: انواع هواپیما از جهت محل عمودی نصب بال.. 12

شکل2-4: نامگذاری اجزای بال.. 12

شکل2-5: اجزای تشکیل دهنده تیرک طولی.. 13

شکل2-6: انواع رایج تیرک­های طولی.. 14

شکل2-7: انواع بال بر اساس نسبت مخروطی.. 17

شکل2-8: زوایای دایهدرال و انهدرال.. 19

شکل2-9: اثر زاویه دایهدرال در پایداری عرضی.. 19

شکل2-10: سطوح کنترلی بال.. 20

شکل2-11: ایجاد غلتش در هواپیما به وسیله کاهنده برآ.. 23

شکل2-12: کاربرد مواد مختلف در نمونه هواپیمای مسافربری 27

شکل3-1: مجموعه­ای از بارهای وارده به هواپیما.. 31

شکل3-2: تعادل پروازی هواپیما.. 32

شکل3-3: نمونه­ای از بارهای وارده به بال هواپیما بر حسب مسیر پروازی.. 33

شکل3-4: نیروی وزن و برآی وارده به هواپیما.. 38

شکل3-5: اثرات توزیع سوخت بر خمش بال.. 40

شکل3-6: دیاگرام V-n برای هواپیمای مسافربری.. 41

شکل4-1: نمایش پاسخ فرکانسی مختلط.. 57

شکل 4-2: مسائل مطرح شده در آیروالاستیسیته.. 61

شکل4-3: مدل تیر برای بال یک بعدی.. 63

شکل4-4: بررسی پایداری سیستم از روی پاسخ­های آن.. 70

شکل4-5: مدل آیروالاستیک مقطع بال.. 72

شکل4-6: نمودار قسمت­های حقیقی و موهومی نسبت به سرعت 75

شکل4-7: اثر میرایی سازه­ای در یافتن سرعت فلاتر.. 77

شکل 5-1: نقشه بال ایرباس320.. 83

شکل5-2: مکان قرارگیری تیرک­های طولی.. 84

شکل5-3: نمای شماتیک بال طراحی شده.. 85

شکل5-4: چند حالت مختصات هندسی مخزن سوخت در بال در مقایسه با میزان آزادی بال از زیر بار گشتاور خمشی.. 85

شکل5-5: نمای کلی محل و قسمت بندی مخازن سوخت در هواپیمای ایرباس 320.. 87

شکل5-6: مراحل تحلیل یک مدل در نرم افزار Abaqus. 88

شکل5-7: توزیع نیروی برآ و توزیع بار ناشی از وزن سوخت 90

شکل6-1: دو حالت متفاوت برای اعتبارسنجی مدل سازه­ای.. 94

شکل 6-2: جابجایی عمودی بال بر حسب تعداد گره­ها.. 96

شکل6-3: کانتور تنش فون مایسز در تیرک­های طولی برای n=2.5 97

شکل6-4: کانتور تنش فون مایسز در دنده­های عرضی بال برای n=2.5 97

شکل6-5: کانتور تنش در دنده­های عرضی ریشه، شکستگی و نوک بال برای n=2.5.. 98

شکل 6-6: تنش­های عمودی و برشی ماکزیمم در دنده­های عرضی ریشه و محل شکستگی بال
برای n=2.5.. 99

شکل6-7: کانتور تغییر مکان عمودی بال در حالت­های مختلف پروازی 100

شکل 6-8: تغییرات تنش در طول بال در تیرک طولی جلویی برای سه حالت پروازی مختلف.. 101

شکل 6-9: تغییرات تنش در طول بال در تیرک طولی پشتی برای سه حالت پروازی مختلف.. 101

شکل6-10: تغییرات ضریب اطمینان در طول بال در تیرک طولی جلویی 102

شکل6-11: تغییرات ضریب اطمینان در طول بال در تیرک طولی پشتی 102

شکل 6-12: نمایش قرارگیری دنده­های عرضی بال با زاویه­های نصب مختلف 103

شکل 6-13: تاثیر حالت­های متفاوت دنده­های عرضی بر توزیع تنش در ریشه بال.. 104

شکل 6-14: جابجایی نوک بال برای حالت­های متفاوت زاویه نصب دنده­های عرضی.. 104

شکل 6-15: توزیع تنش فون مایسز در راستای طول بال در تیرک جلویی برای حالت­های متفاوت زاویه نصب دنده­های عرضی.. 105

شکل 6-16: جابجایی بال در راستای طول بال.. 105

شکل 6-17: توزیع تنش در ریشه بال برای سطح مقطع متفاوت تیرک­های طولی.. 106

شکل 6-18: جابجایی نوک بال برای تیرک­های طولی با سطح مقطع متفاوت 107

شکل 6-19: جابجایی عمودی بال برای تیرک طولی با سطح مقطع A₁= 12551.271 mm². 107

شکل 6-20: توزیع تنش در طول بال در تیرک جلویی برای حالت­های متفاوت مصرف سوخت.. 109

شکل 6-21: جابجایی در طول بال برای حالت­های متفاوت مصرف سوخت 109

شکل6-22: همگرایی فرکانس اول بر حسب تعداد گره­ها.. 110

شکل 6-23: مودهای فرکانسی بال.. 112

شکل6-24: نمایش محور الاستیک و سطح مقطع تیر مخروطی.. 113

شکل 6-25: مقایسه سرعت فلاتر بر حسب زاویه عقب­گرد براینسبت­های متفاوت TR
(=10λ).. 114

شکل6-26: مقایسه فرکانس فلاتر بر حسب زاویه عقب­گرد براینسبت­های متفاوت TR
(=10λ).. 115

شکل6-27: مقایسه سرعت فلاتر بر حسب نسبت مخروطی برای زوایای عقب­گرد مختلف
(=10 λ).. 116

شکل6-28: مقایسه فرکانس فلاتر بر حسب نسبت مخروطی برای زوایای عقب­گرد مختلف
(=10λ).. 116

شکل6-29: مقایسه سرعت فلاتر برحسب زاویه عقب­گرد برای نسبت­های متفاوت λ و TR=0.. 117

شکل6-30: مقایسه فرکانس فلاتر برحسب زاویه عقب­گرد برای نسبت­های متفاوت λ و TR=0.. 117

شکل6-31: مقایسه سرعت فلاتر برحسب زاویه عقب­گرد برای نسبت­های متفاوت λ و TR=0.8.. 118

شکل6-32: مقایسه فرکانس فلاتر برحسب زاویه عقب­گرد برای نسبت­های متفاوت λ و TR=0.8.. 118

شکل6-33: مقایسه سرعت فلاتر برحسب نسبت مخروطی برای نسبت­های متفاوت λ و Λ=0.. 119

شکل6-34: مقایسه سرعت فلاتر برحسب نسبت مخروطی برای نسبت­های متفاوت λ و Λ=45.. 119

شکل6-35: بال طراحی شده در نرم افزار CATIA... 120

شکل6-36: سیستم­های مختصات و سطح مقطع بال دارای شکستگی 121

شکل6-37: تغییرات ممان اینرسی و ممان اینرسی قطبی نسبت به فاصله از ریشه بال.. 122

شکل6-38: تغییرات سرعت فلاتر نسبت به زاویه عقب­گرد برای ارتفاع­های پروازی متفاوت.. 123

شکل6-39: تغییرات سرعت فلاتر نسبت به افزایش ارتفاع به ازای زوایای عقب­گرد متفاوت.. 124

شکل6-40: تغییرات سرعت فلاتر نسبت به