دانلود پایان نامه ارشد : مدلسازی و تحلیل سازه­ای دم هواپیمای مسافربری

دانشگاه شیراز

دانشکده مهندسی مکانیک

پایان­ نامه کارشناسی ارشد

در رشته

مهندسی مکانیک  (طراحی کاربردی)

مدلسازی و تحلیل سازه­ای دم هواپیمای مسافربری   

استاد راهنما

دکتر سید احمد فاضل زاده

بهمن 1392

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکیده

مدلسازی و تحلیل سازه­ای دم هواپیما یکی از مهمترین مراحل طراحی هواپیمای مسافربری می­باشد. دم در هواپیماهای معمولی  از دو جزء افقی و عمودی تشکیل شده است، که دو وظیفه پایداری و تعادل را انجام می­دهد. سازه دم از اجزایی مانند پوسته، دندانه­های عرضی و تیرک­­های طولی تشکیل شده­ است. تیرک طولی وظیفه تحمل نیروهای پروازی و وزن دم افقی هنگامیکه هواپیما روی زمین قرار دارد را بر عهده دارد.

هدف از انجام این پایان نامه بررسی تاثیر پارامترهای طراحی روی تنش، تغییر مکان، فرکانس و سرعت فلاتر  می­باشد. در این تحقیق ابتدا سازه­ی کامل دم هواپیما در نرم افزار طراحی CATIA V5 R21 مدل­سازی گردید. سپس تحلیل استاتیکی ساختار دم افقی و دم عمودی جهت محاسبه تنش و تغییر مکان سازه دم انجام شده است. تنش و تغییر مکان با بهره گرفتن از نرم افزار المان محدود ABAQUS.6.10 برای محاسبه ضریب اطمینان سازه محاسبه شده­اند. همچنین با توجه به معادلات حرکت بدست آمده از اصل هامیلتون، با بهره گرفتن از روش گالرکین، معادلات حرکت بفرم استاندارد در فضای حالت تنظیم گردیده، و سپس با بهره گرفتن از روش مقادیر ویژه، فرکانس و سرعت فلاتر بدست آمده است.

واژه­های کلیدی: دم افقی و عمودی، تحلیل استاتیکی، روش المان محدود، روش گالرکین، سرعت و فرکانس فلاتر

فهرست مطالب

فصل اول- مقدمه

1-1- پیشگفتار 2

1-2- تاریخچه. 3

1-3- هدف تحقیق.. 7

2-1- مقدمه. 9

فصل دوم- ساختمان دم و مواد سازنده

2-2- معرفی دم هواپیما 10

2-3- وظایف اصلی دم افقی و عمودی.. 10

2-4- اجزای تشکیل دهنده دم. 11

2-4-1- پوسته دم. 11

2-4-2- تیرک­های طولی.. 12

2-4-3- تیغه یا دنده­های عرضی.. 14

2-4-4- اجزاء طولی تقویت کننده 15

2-4-5-  اجزاء تقویت کننده و استحکام بخش…. 15

2-5- پارامترهای هندسی.. 15

2-5-1- نسبت منظری.. 15

2-5-2- نسبت مخروطی.. 15

2-5-3- زاویه دایهدرال یا هفتی.. 16

2-5-4- زاویه­ی عقبگرد: 17

2-6- سطوح کنترلی.. 17

2-7- انواع دم. 19

2-7-1- دم معمولی : 19

2-7-2- دم T شکل : 20

2-7-3- دم صلیبی شکل : 20

2-7-4- دم H شکل : 20

2-7-5- دم V شکل : 20

2-7-6- دم Y شکل معکوس : 21

2-7-7- دم دوگانه : 21

2-7-8- دم متصل به بال توسط سازه لوله­ای و بلند : 21

2-8- مواد سازنده اجزای هواپیما 22

2-8-1- خواص مواد پرکاربرد در هواپیماهای نسل جدید. 23

2-8-2- استانداردهای مواد. 26

فصل سوم- بارگذاری

3-1- مقدمه. 28

3-2- ضریب بار 28

3-2-1- ماکزیمم ضریب بار مانور 29

3-2-2- ضریب بار ناشی از جریان ناگهانی هوا 31

3-3- بارهای حدی و نهایی.. 32

3-4- معیارهای طراحی سازه 32

3-5- خواص جوی.. 33

3-6- دیاگرام  V-n. 34

3-6-1- نیروهای ناشی از تندباد و تلاطم.. 35

3-7- بارگذاری سازه مطابق با استاندارد FAR.. 36

3-7-1- کلیات… 36

3-7-2- بارگذاری.. 36

3-7-3- ضریب اطمینان.. 37

3-7-4- استحکام و تغییر فرم. 37

3-7-5- اثبات کارآیی سازه 37

3-8- بارگذاری سازه مورد مطالعه در این رساله. 38

3-8-1- بارگذاری دم افقی.. 38

3-8-2- بارگذاری دم عمودی.. 39

فصل چهارم- تئوری و روش حل

4-1- تحلیل استاتیکی.. 42

4-2- تعیین فرکانس­های طبیعی و شکل مودها 42

4-2-1- روش اجزای محدود. 43

4-2-2- روش تفاضل محدود. 43

4-2-3- روش المان مرزی.. 43

4-3- تحلیل دینامیکی در نرم افزار اجزای محدود. 44

4-3-1- تحلیل با بهره گرفتن از مقادیر ویژه 44

4-3-2- تحلیل پاسخ فرکانسی خطی.. 45

4-3-3- تحلیل پاسخ گذرای خطی.. 47

4-4- مبانی آیروالاستیسیته استاتیکی و دینامیکی.. 48

4-4-1- پدیده­های آیروالاستیک استاتیکی.. 49

4-4-2- پدیده­های آیروالاستیک دینامیکی.. 54

4-4-3- روش حل و تحلیل رفتار دینامیکی.. 66

فصل پنجم- مدل­سازی کامپیوتری

5-1- مقدمه. 70

5-2- مدلسازی دم افقی.. 71

5-3- مدلسازی دم عمودی.. 73

5-4- مونتاژ دم افقی و عمودی.. 75

5-5- تحلیل کامپیوتری.. 75

5-5-1- روش اجزاء محدود. 75

5-5-2- المان­ها در Abaqus 76

5-6- فرمول­بندی.. 79

انتگرال گیری.. 79

روند تحلیل اجزاء محدود. 80

فصل ششم- نتایج

6-1- تحلیل استاتیکی.. 82

6-2- بارگذاری.. 82

6-2-1- بارگذاری دم افقی.. 82

6-2-2- بارگذاری دم عمودی.. 83

6-2-3- المان بندی.. 84

6-3- تحلیل تنش اولیه برای بدست آوردن المان بندی مناسب… 85

6-4- بررسی پارامترهای مختلف بر روی تنش و تغییر مکان عمودی.. 85

6-4-1- تاثیر مواد سازنده مجموعه دم در مقادیر تنش و تغییر مکان عمودی.. 86

6-4-2- تاثیر تغییرات ضریب بار در یک بازه مشخص روی تنش و تغییر مکان: 88

6-4-3- تاثیر تغییرات زاویه نصب دندانه­های عرضی روی تغییر مکان عمودی دم افقی.. 92

6-4-4- تاثیر تغییرات ضخامت پوسته دم افقی بر روی توزیع تنش در ریشه دم و تغییر مکان عمودی نوک دم افقی  93

6-4-5- تحلیل فرکانسی.. 95

6-4-6- تحلیل فرکانسی دم افقی مدل شده 97

6-4-7- تحلیل فرکانسی پوسته دم افقی.. 99

6-4-8- تحلیل فرکانسی دم عمودی مدل شده 101

6-4-9- تحلیل فرکانسی پوسته دم عمودی.. 102

6-4-10- تحلیل فرکانسی مجموعه دم طراحی شده 104

6-5- نتایج آیروالاستیسیته. 105

6-5-1- مدل دم مخروطی با مقطع مستطیلی.. 105

6-5-2- تحلیل فلاتر دم مخروطی با مقطع مستطیلی.. 106

6-5-3- تحلیل فلاتر دم افقی مدلسازی شده 112

فصل هفتم- جمع­بندی و ارائه پیشنهاد

7-1- مقدمه. 119

7-2- نتیجه­گیری.. 119

7-2-1- تحلیل تنش…. 119

7-2-2- ارتعاشات آزاد. 120

7-2-3- تحلیل آیروالاستیک…. 120

7-3- ارائه­ پیشنهاد. 120

فهرست منابع و مراجع.. 122

فهرست شکل‌ها

شکل2-1- اجزای بیرونی مجموعه دم هواپیما ]32[ 10

شکل2-2- اجزای سازنده مجموعه دم هواپیما]6 و32[ 11

شکل 2-3- نمونه­هایی از تیرک­های طولی ]32[ 13

شکل 2-4- سطح مقطع دم ]32[ 14

شکل 2-5- نمایش دم با نسبت مخروطی­های مختلف… 16

شکل2-6- زاویه دایهدرال]6[ 16

شکل 2-7- نحوه عملکرد سطوح کنترلی]33[ 18

شکل 2-8- اجزای تشکیل دهنده سطوح کنترلی، الف) بالابرنده ب) سکان عمودی متحرک]6[ 19

شکل 2-9- انواع حالات دم]34[ 21

شکل2-10- کاربرد مواد مختلف در نمونه هواپیمای مسافربری]32[ 26

شکل3-1- تعادل پروازی]35[ 29

شکل3-2- نمونه ­ای از بارهای وارده به بال هواپیما بر حسب مسیر پروازی، الف)مکان هواپیما در طول مسیر پروازی و بارهای وارده متناظر در هر نقطه از مسیر ب) بارهای اصلی وارده به بال]6[ 30

شکل3-3- دیاگرام V-n برای هواپیمای مسافربری]36[ 35

شکل3-4. توزیع بیضوی لیفت… 39

شکل3-5- بارگذاری مجموعه دم مدلسازی شده، الف) بارگذاری مجموعه دم ب)سازه مجموعه دم  40

شکل4-1: نمایش پاسخ فرکانسی مختلط… 45

شکل 4-2. مسائل مطرح شده در آیروالاستیسیته]21[ 49

شكل4-3: مدل تیر برای بال یک بعدی.. 51

شکل4-4: بررسی پایداری سیستم از روی پاسخ­های آن]21[ 58

شکل4-5: مدل آیروالاستیک مقطع بال]21[ 60

شکل4-6: نمودار قسمت­های حقیقی و موهومی نسبت به سرعت ]21[ 63

شکل4-7: اثر میرایی سازه­ای در یافتن سرعت فلاتر]21[ 65

شکل 5-1- نقشه مجموعه دم ایرباس 320، الف) دم عمودی ب) دم افقی]39[ 71

شکل 5-2- مکان قرارگیری تیرک­های طولی الف)تیرک جلو ب)تیرک عقب… 72

شکل5-3- دم افقی، الف) سازه داخلی ب) کل سازه دم افقی.. 73

شکل 5-4- مکان قرارگیری تیرک­های طولی الف) تیرک جلو ب) تیرک عقب… 74

شکل5-5- دم عمودی، الف) سازه داخلی ب) کل سازه دم افقی.. 74

شکل 5-6- گردآوری دم افقی، عمودی و سازه مخروطی شکل در کنار هم در محیط مونتاژ 75

شکل5-7- انواع المان­های موجود در نرم افزار المان محدود]40[ 77

شکل 5-8- الف) المان خطی همراه با 8 گره ب) المان سهموی همراه با 20 گره 79

شکل5-9- مراحل تحلیل مدل در نرم افزار Abaqus 80

شکل 6-1- توزیع بیضوی لیفت… 83

شکل6-2- بارگذاری مجموعه دم مدلسازی شده، بارگذاری مجموعه دم. 84

شکل6-3 المان­بندی اجزای دم، الف) تیرک طولی ب) تیغه عرضی.. 84

شکل6-4- تغییرات تنش در اجزای مجموعه دم از جنس آلومینیوم. 87

شکل6-5- دیاگرام V-n برای هواپیمای مسافربری.. 88

شکل 6-6- تغییرات ماکزیمم تنش در مجموعه دم بر حسب ضریب بار 90

شکل 6-7- تغییرات ماکزیمم تنش در تیرک­های طولی بر حسب ضریب بار 90

شکل 6-8- تغییرات ماکزیمم تنش دردندانه­های عرضی بر حسب ضریب بار 91

شکل 6-9- تغییرات ماکزیمم تغییر مکان عمودی بر حسب ضریب بار 91

شکل 6-10- نمایش قرارگیری دندانه­های عرضی دم افقی با زاویه­های نصب مختلف   92

شکل 6-11- نمودار تغییر مکان عمودی ماکزیمم بر حسب زاویه نصب دندانه­های عرضی  93

شکل 6-12- تغییرات تنش در ریشه دم افقی در چندین ضخامت پوسته. 94

شکل 6-13– تغییرات تغییر مکان عمودی نوک دم افقی بر حسب ضخامت پوسته  95

شکل6-14مدل AGARD WING445.6 Planform.. 96

شکل6-15- مودهای فرکانس طبیعی ارائه شده توسط نرم افزار 97

شکل6-16- مودهای فرکانس طبیعی ارائه شده توسط نرم افزار برای دم افقی  99

شکل6-17- مودهای فرکانس طبیعی ارائه شده توسط نرم افزار 100

شکل6-18- مودهای فرکانس طبیعی ارائه شده توسط نرم افزار 102

شکل6-19-  مودهای فرکانس طبیعی ارائه شده توسط نرم افزار 103

شکل6-20- مودهای فرکانس طبیعی ارائه شده توسط نرم افزار 104

شکل 6-21- محور الاستیک و محور اینرسی یک دم افقی مخروطی یک سر درگیر 105

شكل 6-22- تغییرات سرعت فلاتر بر حسب زاویه عقب گرد برای نسبت­های متفاوت TR  107

شكل 6-23- تغییرات فرکانس فلاتر بر حسب زاویه عقب گرد برای نسبت­های متفاوت TR  107

شكل 6-24- تغییرات سرعت فلاتر بر حسب نسبت مخروطی برای زوایای عقب گرد مختلف   108

شكل6-25- تغییرات فرکانس فلاتر بر حسب نسبت مخروطی به ازای زاویه عقب گردΛ=0  108

شکل 6-26- تغییرات سرعت فلاتر برحسب زاویه عقب­گرد برای نسبت­های متفاوت λ و TR=0  109

شكل 6-27- مقایسه فرکانس فلاتر برحسب زاویه عقب­گرد برای نسبت­های متفاوت λ و TR=0  109

شكل 6-28- تغییرات سرعت فلاتر برحسب زاویه عقب­گرد برای نسبتهای متفاوت λ و TR=0.8  110

شكل 6-29- تغییرات فرکانس فلاتر برحسب زاویه عقب گرد برای نسبت­های متفاوت λ و TR=0.8  110

شكل 6-30- تغییرات سرعت فلاتر برحسب نسبت مخروطی برای نسبت­های متفاوت λ و Λ=0  111

شكل 6-31- تغییرات سرعت فلاتر برحسب نسبت مخروطی برای نسبت­های متفاوت λ و Λ=45  111

شکل 6-32- تغییرات ممان اینرسی دم افقی در طول آن.. 113

شکل6-33- تغییرات ممان اینرسی قطبی دم افقی در طول آن.. 113

شکل6-34- هندسه دم افقی و محل محور الاستیک…. 114

شکل6-35-اثر زاویه عقبگرد بر سرعت فلاتر. 115

شکل6-36- اثر زاویه عقبگرد بر فرکانس فلاتر. 115

شکل 6-37- اثر ارتفاع پرواز بر سرعت فلاتر. 116

شکل6-38-تغییرات سرعت فلاتر با زاویه عقبگرد در چند ارتفاع پروازی مختلف   117

شکل 6-39- تغییرات سرعت فلاتر با تغییر ارتفاع پرواز در زاویه­های عقبگرد مختلف   117

فهرست جدول‌ها

جدول2-1- وظایف سطوح کنترلی.. 18

جدول2-2- فواید و معایب استفاده از مواد کامپوزیت… 24

جدول2-3- کاربرد مواد مرکب در هواپیماهای پیشرفته. 25

جدول3-1- مقادیر ضریب بار برای هواپیماهای مختلف… 30

جدول3-2- مقادیر نیروها و گشتاورها 38

جدول 3-3- نیروهای وارد بر دم عمودی.. 39

جدول4-1: نوع حرکت و مشخصه­های پایداری برای مقادیر مختلف  و ……. 59

جدول 5-1- مشخصات هندسی دم افقی طراحی شده 72

جدول 5-2- مشخصات هندسی دم عمودی طراحی شده 73

جدول6-1-مقادیر نیروها و گشتاورها 82

جدول 6-2- نیروهای وارد بر دم عمودی.. 83

جدول6-3: مقایسه ماکزیمم جابجایی عمودی و تنش در المان­های جامد و پوسته­ای  85

جدول6-4 همگرایی تعداد المان­ها 85

جدول6-5- مشخصات آلیاژهای به­کار رفته. 86

جدول6-6- مقادیر ماکزیمم و مینیمم تنش و تغییر مکان عمودی برای مواد مختلف   86

جدول 6-7- مقادیر تنش و تغیییر مکان عمودی برای ضریب بارهای مختلف… 89

جدول6-8- مقادیر تغییر مکان ماکزیمم برای زاویه نصب­های مختلف… 93

جدول6-9- مشخصات بال AGARD445.6. 95

جدول 6-10- مشخصات فیزیکی آلیاژ بال مورد آزمایش…. 96

جدول6-11- مقایسه نتایج نرم افزار با داده­های آزمایشگاهی.. 96

جدول 6-12- مشخصات سازه­ای دم افقی.. 97

جدول 6-13 مشخصات فیزیکی آلیاژ 98

جدول6-14- نتایج نرم افزار 98

جدول6-15- نتایج نرم افزار 100

جدول 6-16-مشخصات سازه­ای دم عمودی.. 101

جدول6-17- نتایج نرم افزار 101

جدول6-18- نتایج نرم افزار 103

جدول6-19 نتایج نرم افزار 104

جدول6-20- مقایسه سرعت و فركانس فلاتر برای بال گلند. 112

جدول6-21- سرعت و فرکانس فلاتر برای مودهای مختلف… 112

جدول6-22- مقادیر سرعت و فرکانس فلاتر برای زاویه­های عقبگرد مختلف… 114

جدول 6-23- مقادیر سرعت فلاتر برای ارتفاع­های مختلف پروازی.. 116

پیشگفتار

مدلسازی و تحلیل سازه­های مختلف هواپیماهای امروزی، از مهمترین مسائل صنعت هواپیمایی می­باشد. مجموعه­ی دم هواپیما، نقش تعیین کننده ­ای در عملکرد هواپیما دارد. این مجموعه سه وظیفه­ی تامین پایداری استاتیکی و دینامیکی هواپیما، ایجاد توانایی کنترل هواپیما و همچنین تامین حالت تعادل در هر شرایط پروازی را بر عهده دارد. تعادل، پایداری و کنترل طولی به عهده دم افقی و تعادل، پایداری و کنترل جانبی به عهده دم عمودی است. با توجه به اینکه سازه دم افقی و عمودی تحت مانورهای مختلف پروازی در معرض بارهای مختلف قرار می­گیرند، در اجزای مختلف این سازه تنش­های مختلفی ایجاد می­شود. برای این تحلیل، نرم افزارهای مختلفی که عملکرد آن­ها بر مبنای روش اجزاء محدود است، موجود می­باشد.

روش اجزاء محدود، روشی عددی است که از آن می­توان برای حل معادله­های دیفرانسیل استفاده کرد. این روش پرکاربردترین روش آنالیز مهندسی بر پایه کامپیوتر است. ایده روش اجزاء محدودی كه به صورت شناخته شده امروزی است، در سال 1956 به وسیله Clough، Turner، Topp و Martin در مقاله مشهور خود ارائه شده است، این مقاله كاربرد اجزاء محدود ساده (میله های مفصل شده و ورق مثلثی) برای تحلیل سازه هواپیما را نشان می دهد و به عنوان یكی از پیشرفت های كلیدی در توسعه روش عناصر محدود در نظر گرفته می شود. همراه با توسعه كامپیوترهای دیجیتالی با سرعت های بالا، كاربرد روش اجزاء محدود با نرخ فزاینده­ای پیشرفت نمود]1[.

تداخل اثرات نیروهای آیرودینامیکی، اینرسی و الاستیک در سازه‌های هوافضایی با نام آیروالاستیسیته مورد پژوهش قرار می‌گیرد. چنانچه در مدلسازی، اثرات بارگذاری حرارت آیرودینامیكی اعمال شود عملا با مسئله آیروترموالاستیسیته مواجه خواهیم بود. همچنین اگر در مدلسازی مسئله، سیستم های كنترلی و تداخلشان با پارامترهای آئروالاستیك مورد بررسی قرار گیرد، با مسئله آیروسروالاستیسیته روبرو خواهیم شد. پدیده­های ناپایداری استاتیكی و دینامیكی، واگرائی و فلاتر، می توانند باعث از هم گسیختگی سازه های هوایی شوند، بطوریكه این مشكل از زمان پرواز هواپیمای ساموئل لانگلی رقیب برادران رایت تاكنون كه در ساخت وسایل پرنده و موشك ها از سازه ها و مواد پیشرفته استفاده می­گردد، فراروی طراحان می­باشد. بر اساس آنالیز پایداری خطی، نوسانات بالای آنچه که سرعت فلاتر نامیده می­شود، میرا نمی­شوند و دامنه آنها به صورت نامحدود افزایش می یابد و به فروپاشی دم یا بال منتهی می شود.

در این فصل پس از مرور تاریخچه­ای در زمینه اجزاء محدود و تحلیل تنش سازه دم هواپیما، آیروالاستیسیته و پژوهش های انجام گرفته در زمینه های ذکر شده،  هدف این پژوهش ارائه گردیده است.

تعداد صفحه : 144

قیمت :14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        *       asa.goharii@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.