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، دندانه های 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 شده اند. 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.
واژه های کلیدی: دم افقی و عمودی، تحلیل استاتیکی، روش المان محدود، روش گالرکین، سرعت و فرکانس فلاتر
فهرست مطالب
عنوان | صفحه |
فصل اول- مقدمه
فصل دوم- ساختمان دم و مواد سازنده
2-3- وظایف اصلی دم افقی و عمودی.. 10
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
2-5-3- زاویه دایهدرال یا هفتی.. 16
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
فصل سوم- بارگذاری
3-2-1- ماکزیمم ضریب بار مانور 29
3-2-2- ضریب بار ناشی از جریان ناگهانی هوا 31
3-6-1- نیروهای ناشی از تندباد و تلاطم.. 35
3-7- بارگذاری سازه مطابق با استاندارد FAR.. 36
3-7-4- استحکام و تغییر فرم. 37
3-8- بارگذاری سازه مورد مطالعه در این رساله. 38
فصل چهارم- تئوری و روش حل
4-2- تعیین فرکانسهای طبیعی و شکل مودها 42
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
5-4- مونتاژ دم افقی و عمودی.. 75
فصل ششم- نتایج
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 دندانه های عرضی روی تغییر مکان عمودی دم افقی.. 92
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
7-2-3- تحلیل آیروالاستیک…. 120
فهرست شکلها
عنوان | صفحه |
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 2-5- نمایش دم با نسبت مخروطیهای مختلف… 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
شکل3-3- دیاگرام V-n برای هواپیمای مسافربری]36[ 35
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 قسمت های 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
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 دردندانه های عرضی بر حسب ضریب بار 91
شکل 6-9- تغییرات ماکزیمم تغییر مکان عمودی بر حسب ضریب بار 91
شکل 6-10- نمایش قرارگیری دندانه های عرضی دم افقی با زاویه های نصب مختلف 92
شکل 6-11- نمودار تغییر مکان عمودی ماکزیمم بر حسب زاویه نصب دندانه های 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 زاویه های عقبگرد مختلف 117
فهرست جدولها
عنوان و شماره | صفحه |
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 داده های آزمایشگاهی.. 96
جدول 6-12- مشخصات سازهای دم افقی.. 97
جدول 6-13 مشخصات فیزیکی آلیاژ 98
جدول 6-16-مشخصات سازهای دم عمودی.. 101
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 زاویه های 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 می شود. 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 آئروالاستیک 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 می شود، 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 : * serderehi@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.
14,700 تومانافزودن به سبد خرید