Υπολογισμός φόρτισης από κρούση με πτηνό αεροπορικών κατασκευών από σύνθετα υλικά με χρήση πεπερασμένων στοιχείων
Η πρόσκρουση των πτηνών σε αεροσκάφη αποτελεί σοβαρή απειλή για την ανθρώπινη ζωή και υπάρχει ανάγκη για κατασκευή σύνθετων δομών που έχουν υψηλή αντοχή απέναντι σε τέτοιες κρούσεις. Σύμφωνα με τους Κανονισμός Αεροπορίας (FAR) και (EASA) σχετικά με την αντοχή στις προσκρούσεις πτηνών και την αξιολόγ...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Μορφή: | Thesis |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2019
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/12661 |
| id |
nemertes-10889-12661 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Πρόσκρουση πτηνού Χείλος προσβολής Σύνθετα υλικά Bird strike Leading edge Composite materials |
| spellingShingle |
Πρόσκρουση πτηνού Χείλος προσβολής Σύνθετα υλικά Bird strike Leading edge Composite materials Κύρου, Χρίστος Υπολογισμός φόρτισης από κρούση με πτηνό αεροπορικών κατασκευών από σύνθετα υλικά με χρήση πεπερασμένων στοιχείων |
| description |
Η πρόσκρουση των πτηνών σε αεροσκάφη αποτελεί σοβαρή απειλή για την ανθρώπινη ζωή και υπάρχει ανάγκη για κατασκευή σύνθετων δομών που έχουν υψηλή αντοχή απέναντι σε τέτοιες κρούσεις. Σύμφωνα με τους Κανονισμός Αεροπορίας (FAR) και (EASA) σχετικά με την αντοχή στις προσκρούσεις πτηνών και την αξιολόγηση κόπωσης της δομής του αεροπλάνου πρέπει αυτό να μπορεί να ολοκληρώσει με επιτυχία την πτήση του κατά τη διάρκεια της οποίας ενδέχεται πιθανή δομική ζημιά λόγο κρούσης από πτηνό 0,6 kg και 1,8 kg σε ταχύτητα πτήσης στο επίπεδο της θάλασσα ή 85% της ταχύτητα πτήσης στα 8000 πόδια.
Σκοπός της έρευνας αυτής είναι η ανάπτυξη μιας μεθοδολογίας που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την πιστοποίηση ενός αεροσκάφους όταν αυτό επηρεάζεται από την πρόσκρουση ενός πτηνού αφού πρώτα επικυρωθεί η προσομοίωση της πρόσκρουσης μέσω κάποιων δοκιμών. Οι προσομοιώσεις του πτηνού και των πλακών πραγματοποιούνται στο πρόγραμμα ανάλυσης LS-Dyna. Το πτηνό μοντελοποιείται στο LS-Prepost χρησιμοποιώντας την τεχνική Smooth Particle Hydrodynamics (SPH) με απόσταση σωματιδίων γνωστή ως "μήκος εξομάλυνσης". 2 mm. Για την επικύρωση της προσομοίωσης οι κρούσεις του πτηνού πραγματοποιούνται σε χαλύβδινες άκαμπτες (Rigid) και παραμορφώσιμες ελαστικές πλάκες (Elastic) με χρήσης διαφορετικών καταστατικών εξισώσεων για το μοντέλο του πτηνού (Tabulated, Linear-Polynomial και Gruneisen) και τα αποτελέσματα συμπεριλαμβανομένης της Αδιάστατης Ώθησης, της Αδιάστατης διάρκειας κρούσης και της Μέσης δύναμης κρούσης όπου λαμβάνοται από την προσομοίωση συγκρίνονται με τα αποτελέσματα από πειραματικά δεδομένα δοκιμών για την επικύρωσή της. Η γεωμετρία των άκαμπτων και παραμορφώσιμων ελαστικών στόχων διαμορφώνεται στο πρόγραμμα Solidworks λαμβάνοντας τις διαστάσεις από της πειραματικές διατάξεις (University of Dayton Research Institute) [23]. Το πλέγμα, και οι ιδιότητες των υλικών ορίζονται στο Ls-Prepost. Η προσομοίωση της επικύρωσης έδειξε ότι τα πιο βέλτιστα αποτελέσματα είναι αυτά της κρούσης του πτηνού 0,6kg πάνω σε ελαστική πλάκα με καταστατικές εξισώσεις Tabulated.
Στην συνέχεια χρησιμοποιώντας τις προηγουμένως αξιολογούμενες τεχνικές επικύρωσης του πτηνού κατασκευάστηκε μια δομή του χείλους προσβολής (Leading Edge) μιας πτέρυγας ενός Αεροσκάφους 100 θέσεων (regional aircraft) και υποβλήθηκε σε κρούση με πτηνό 0.6kg, όπως αυτό πιστοποιήθηκε στις προηγούμενες προσομοιώσεις.
Το θεωρούμενο μοντέλο που χρεισιμοποιήθηκε είναι μια απλοποιημένη αναπαράσταση της πραγματικής δομής του χείλους προσβολής (Leading Edge). Αυτό το μοντέλο αποτελείται από ένα αποελασματοποιημένο στρώμα (TSHELL) αποτελούμενο από 48 στρώσεις σε διαφορετικές διευθύνσεις, που έχει διαμορφωθεί έτσι ώστε να περιλαμβάνει όλους τους μηχανισμούς απορρόφησης ενέργειας. Το σύνθετο υλικό που επιλέχτηκε είναι το Hexcel HTA6376/C.
Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της προσομοίωσης της κρούσης αυτής παρατηρήθηκε ότι κάποια στιγμή οι τάσεις που ασκούνται στην δομή λόγο της πρόσκρουσης του πτηνού είναι μεγαλύτερες από την τάσεις απόδοσης του υλικού στις ίνες και την μήτρα με αποτέλεσμα σε κάποια στοιχεία της δομής (elements) να αστοχήσουν όλα τα στρώματα σε όλες τις διευθύνσεις και έτσι το στοιχείο να διαγραφεί με αποτέλεσμα να επέλθει ζημιά στην πτέρυγα. |
| author2 |
Κωστόπουλος, Βασίλειος |
| author_facet |
Κωστόπουλος, Βασίλειος Κύρου, Χρίστος |
| format |
Thesis |
| author |
Κύρου, Χρίστος |
| author_sort |
Κύρου, Χρίστος |
| title |
Υπολογισμός φόρτισης από κρούση με πτηνό αεροπορικών κατασκευών από σύνθετα υλικά με χρήση πεπερασμένων στοιχείων |
| title_short |
Υπολογισμός φόρτισης από κρούση με πτηνό αεροπορικών κατασκευών από σύνθετα υλικά με χρήση πεπερασμένων στοιχείων |
| title_full |
Υπολογισμός φόρτισης από κρούση με πτηνό αεροπορικών κατασκευών από σύνθετα υλικά με χρήση πεπερασμένων στοιχείων |
| title_fullStr |
Υπολογισμός φόρτισης από κρούση με πτηνό αεροπορικών κατασκευών από σύνθετα υλικά με χρήση πεπερασμένων στοιχείων |
| title_full_unstemmed |
Υπολογισμός φόρτισης από κρούση με πτηνό αεροπορικών κατασκευών από σύνθετα υλικά με χρήση πεπερασμένων στοιχείων |
| title_sort |
υπολογισμός φόρτισης από κρούση με πτηνό αεροπορικών κατασκευών από σύνθετα υλικά με χρήση πεπερασμένων στοιχείων |
| publishDate |
2019 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/12661 |
| work_keys_str_mv |
AT kyrouchristos ypologismosphortisēsapokrousēmeptēnoaeroporikōnkataskeuōnaposynthetaylikamechrēsēpeperasmenōnstoicheiōn AT kyrouchristos birdstrikeloadcalculationonaircraftcompositematerialstructureusingfiniteelements |
| _version_ |
1771297320345796608 |
| spelling |
nemertes-10889-126612022-09-05T20:20:38Z Υπολογισμός φόρτισης από κρούση με πτηνό αεροπορικών κατασκευών από σύνθετα υλικά με χρήση πεπερασμένων στοιχείων Bird strike load calculation on aircraft composite material structure using finite elements Κύρου, Χρίστος Κωστόπουλος, Βασίλειος Κωστόπουλος, Βασίλειος Πολύζος, Δημοσθένης Λούτας, Θεόδωρος Kyrou, Christos Πρόσκρουση πτηνού Χείλος προσβολής Σύνθετα υλικά Bird strike Leading edge Composite materials Η πρόσκρουση των πτηνών σε αεροσκάφη αποτελεί σοβαρή απειλή για την ανθρώπινη ζωή και υπάρχει ανάγκη για κατασκευή σύνθετων δομών που έχουν υψηλή αντοχή απέναντι σε τέτοιες κρούσεις. Σύμφωνα με τους Κανονισμός Αεροπορίας (FAR) και (EASA) σχετικά με την αντοχή στις προσκρούσεις πτηνών και την αξιολόγηση κόπωσης της δομής του αεροπλάνου πρέπει αυτό να μπορεί να ολοκληρώσει με επιτυχία την πτήση του κατά τη διάρκεια της οποίας ενδέχεται πιθανή δομική ζημιά λόγο κρούσης από πτηνό 0,6 kg και 1,8 kg σε ταχύτητα πτήσης στο επίπεδο της θάλασσα ή 85% της ταχύτητα πτήσης στα 8000 πόδια. Σκοπός της έρευνας αυτής είναι η ανάπτυξη μιας μεθοδολογίας που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την πιστοποίηση ενός αεροσκάφους όταν αυτό επηρεάζεται από την πρόσκρουση ενός πτηνού αφού πρώτα επικυρωθεί η προσομοίωση της πρόσκρουσης μέσω κάποιων δοκιμών. Οι προσομοιώσεις του πτηνού και των πλακών πραγματοποιούνται στο πρόγραμμα ανάλυσης LS-Dyna. Το πτηνό μοντελοποιείται στο LS-Prepost χρησιμοποιώντας την τεχνική Smooth Particle Hydrodynamics (SPH) με απόσταση σωματιδίων γνωστή ως "μήκος εξομάλυνσης". 2 mm. Για την επικύρωση της προσομοίωσης οι κρούσεις του πτηνού πραγματοποιούνται σε χαλύβδινες άκαμπτες (Rigid) και παραμορφώσιμες ελαστικές πλάκες (Elastic) με χρήσης διαφορετικών καταστατικών εξισώσεων για το μοντέλο του πτηνού (Tabulated, Linear-Polynomial και Gruneisen) και τα αποτελέσματα συμπεριλαμβανομένης της Αδιάστατης Ώθησης, της Αδιάστατης διάρκειας κρούσης και της Μέσης δύναμης κρούσης όπου λαμβάνοται από την προσομοίωση συγκρίνονται με τα αποτελέσματα από πειραματικά δεδομένα δοκιμών για την επικύρωσή της. Η γεωμετρία των άκαμπτων και παραμορφώσιμων ελαστικών στόχων διαμορφώνεται στο πρόγραμμα Solidworks λαμβάνοντας τις διαστάσεις από της πειραματικές διατάξεις (University of Dayton Research Institute) [23]. Το πλέγμα, και οι ιδιότητες των υλικών ορίζονται στο Ls-Prepost. Η προσομοίωση της επικύρωσης έδειξε ότι τα πιο βέλτιστα αποτελέσματα είναι αυτά της κρούσης του πτηνού 0,6kg πάνω σε ελαστική πλάκα με καταστατικές εξισώσεις Tabulated. Στην συνέχεια χρησιμοποιώντας τις προηγουμένως αξιολογούμενες τεχνικές επικύρωσης του πτηνού κατασκευάστηκε μια δομή του χείλους προσβολής (Leading Edge) μιας πτέρυγας ενός Αεροσκάφους 100 θέσεων (regional aircraft) και υποβλήθηκε σε κρούση με πτηνό 0.6kg, όπως αυτό πιστοποιήθηκε στις προηγούμενες προσομοιώσεις. Το θεωρούμενο μοντέλο που χρεισιμοποιήθηκε είναι μια απλοποιημένη αναπαράσταση της πραγματικής δομής του χείλους προσβολής (Leading Edge). Αυτό το μοντέλο αποτελείται από ένα αποελασματοποιημένο στρώμα (TSHELL) αποτελούμενο από 48 στρώσεις σε διαφορετικές διευθύνσεις, που έχει διαμορφωθεί έτσι ώστε να περιλαμβάνει όλους τους μηχανισμούς απορρόφησης ενέργειας. Το σύνθετο υλικό που επιλέχτηκε είναι το Hexcel HTA6376/C. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της προσομοίωσης της κρούσης αυτής παρατηρήθηκε ότι κάποια στιγμή οι τάσεις που ασκούνται στην δομή λόγο της πρόσκρουσης του πτηνού είναι μεγαλύτερες από την τάσεις απόδοσης του υλικού στις ίνες και την μήτρα με αποτέλεσμα σε κάποια στοιχεία της δομής (elements) να αστοχήσουν όλα τα στρώματα σε όλες τις διευθύνσεις και έτσι το στοιχείο να διαγραφεί με αποτέλεσμα να επέλθει ζημιά στην πτέρυγα. Bird Strike on aircraft structures is a serious threat to human life and there is a need to build composite structures that have high Strength to such impacts. According to the Aviation Regulations (FAR) and (EASA) on the Strength to bird strikes and the strain assessment of the airplane structure, it must be able to successfully complete its flight during which possible structural damage due to impact from a bird at 0,6 kg and 1,8 kg at flight speed at the sea level or 85% of flight speed at 8000 feet. The purpose of this research is to develop a methodology that can be used to certify an aircraft when it is affected by a bird's impact after the impact simulation has been validated through some tests. Bird and plate simulations are performed in the LS-Dyna Analysis Program. The bird is modeled on LS-Prepost using Smooth Particle Hydrodynamics (SPH) with particle spacing known as "smoothing length". 2 mm. To validate the simulation, bird impact are performed on steel rigid (Rigid) and deformable elastic plates (Elastic) using different equations of state for the bird model (Tabulated, Linear-Polynomial and Gruneisen), and the results including the Non-Dimensional Impulse, Non-Dimensional impact duration and Average impact force obtained from the simulation are compared with the results from experimental test data for validation. The geometry of rigid and deformable elastic targets is formulated in the Solidworks program taking the dimensions of the experimental test which made in 1978 at University of Dayton Research Institute [23]. The mesh, and the properties of the materials are defined in Ls-Prepost. The simulation of validation showed that the most optimal results is that of the bird strike on the elastic plate with equation of state Tabulated. Using the previously validated bird validation techniques, a Leading Edge structure of a wing of a regional aircraft was constructed and subjected to a bird impact of 0.6kg as verified in the previous simulations. The considered model used is a simplified representation of the actual structure of the Leading Edge. This model consists of 48 layers in different directions using a layup of (TSHELL), designed to include all energy absorbing mechanisms. The composite material which selected is Hexcel HTA6376 / C. According the results of the simulation of this impact, it was observed that the stress exerted on the leading edge due the impact of the bird are greater than the yields stress of the material on the fibers and the matrix, resulting in some elements all the layers fail and the element is deleted so there is a failure in the structure. 2019-10-12T17:41:11Z 2019-10-12T17:41:11Z 2019-07-01 Thesis http://hdl.handle.net/10889/12661 gr 0 application/pdf |
