Structural analysis of aircraft fuselage section and determination of boundary conditions and fatigue spectrum loading of its curved stiffened panels

The primary objective of this thesis is the determination of the optimum experimental configurations for the experimental investigation of curved stiffened panels behavior. A test rig of this type should be capable of simulating the structural response of aircraft fuselage sections under static and...

Πλήρης περιγραφή

Λεπτομέρειες βιβλιογραφικής εγγραφής
Κύριος συγγραφέας: Κορδάς, Παναγιώτης
Άλλοι συγγραφείς: Kordas, Panagiotis
Γλώσσα:English
Έκδοση: 2022
Θέματα:
Διαθέσιμο Online:http://hdl.handle.net/10889/15959
id nemertes-10889-15959
record_format dspace
institution UPatras
collection Nemertes
language English
topic Stiffened panel
Test-rigs
Virtual modeling
Fatigue spectrum
Ενισχυμένο κέλυφος
Δοκιμαστική διάταξη
Εικονικό μοντέλο
Φάσμα κόπωσης
spellingShingle Stiffened panel
Test-rigs
Virtual modeling
Fatigue spectrum
Ενισχυμένο κέλυφος
Δοκιμαστική διάταξη
Εικονικό μοντέλο
Φάσμα κόπωσης
Κορδάς, Παναγιώτης
Structural analysis of aircraft fuselage section and determination of boundary conditions and fatigue spectrum loading of its curved stiffened panels
description The primary objective of this thesis is the determination of the optimum experimental configurations for the experimental investigation of curved stiffened panels behavior. A test rig of this type should be capable of simulating the structural response of aircraft fuselage sections under static and fatigue loading. A virtual representation of a fuselage barrel is constructed, and its validity checked for simple load cases after comparing stress results with those from analytical and semi-empirical formulations. The finite element model of the fuselage is characterized by geometrical dimensions and material content typical for passenger airplanes. The literature research conducted, aims to propose potential experimental assemblies that impose a specific set of boundary and loading conditions unto the panel. The sources reviewed, were focused on setting up test-rigs that accommodated panels (at test article or component level) for buckling testing with the presence of internal pressure. At the same time, after recreating a fuselage in FE format for post processing data comparison with potential panel models, it is attempted to code a fatigue spectrum as a load sequence. The methodology for producing alternating fatigue stress cycles, that share similar attributes with those attained from real in-flight measurements, is presented in all its phases. The method to end up with a random load sequence, which simulates real life flight conditions, is based upon the exceedance diagram of the normalized stresses, the definition of different flight types and the ordering of the load factors in dimensional form. The present paper juxtaposes the fatigue spectrum obtained through the application of the original methodology with that from, a modified, adapted for fuselage damage inspection and repairs, approach put forward by the FAA. Additionally, as a final step, a third possible load sequence is seeked out, unique to this thesis that utilizes vertical acceleration data, that correlates to normalized bending stress amplitudes, for the definition of a novel flight block, meaning a fatigue spectrum that corresponds to a given number of flights.
author2 Kordas, Panagiotis
author_facet Kordas, Panagiotis
Κορδάς, Παναγιώτης
author Κορδάς, Παναγιώτης
author_sort Κορδάς, Παναγιώτης
title Structural analysis of aircraft fuselage section and determination of boundary conditions and fatigue spectrum loading of its curved stiffened panels
title_short Structural analysis of aircraft fuselage section and determination of boundary conditions and fatigue spectrum loading of its curved stiffened panels
title_full Structural analysis of aircraft fuselage section and determination of boundary conditions and fatigue spectrum loading of its curved stiffened panels
title_fullStr Structural analysis of aircraft fuselage section and determination of boundary conditions and fatigue spectrum loading of its curved stiffened panels
title_full_unstemmed Structural analysis of aircraft fuselage section and determination of boundary conditions and fatigue spectrum loading of its curved stiffened panels
title_sort structural analysis of aircraft fuselage section and determination of boundary conditions and fatigue spectrum loading of its curved stiffened panels
publishDate 2022
url http://hdl.handle.net/10889/15959
work_keys_str_mv AT kordaspanagiōtēs structuralanalysisofaircraftfuselagesectionanddeterminationofboundaryconditionsandfatiguespectrumloadingofitscurvedstiffenedpanels
AT kordaspanagiōtēs domikēanalysētmēmatosatraktouaeroskaphouskaiprosdiorismosoriakōnsynthēkōnkaiphasmatōnphortisēssekopōsētōnenischymenōnkelyphōntēs
_version_ 1771297311497912320
spelling nemertes-10889-159592022-09-05T20:15:16Z Structural analysis of aircraft fuselage section and determination of boundary conditions and fatigue spectrum loading of its curved stiffened panels Δομική ανάλυση τμήματος ατράκτου αεροσκάφους και προσδιορισμός οριακών συνθηκών και φασμάτων φόρτισης σε κόπωση των ενισχυμένων κελυφών της Κορδάς, Παναγιώτης Kordas, Panagiotis Stiffened panel Test-rigs Virtual modeling Fatigue spectrum Ενισχυμένο κέλυφος Δοκιμαστική διάταξη Εικονικό μοντέλο Φάσμα κόπωσης The primary objective of this thesis is the determination of the optimum experimental configurations for the experimental investigation of curved stiffened panels behavior. A test rig of this type should be capable of simulating the structural response of aircraft fuselage sections under static and fatigue loading. A virtual representation of a fuselage barrel is constructed, and its validity checked for simple load cases after comparing stress results with those from analytical and semi-empirical formulations. The finite element model of the fuselage is characterized by geometrical dimensions and material content typical for passenger airplanes. The literature research conducted, aims to propose potential experimental assemblies that impose a specific set of boundary and loading conditions unto the panel. The sources reviewed, were focused on setting up test-rigs that accommodated panels (at test article or component level) for buckling testing with the presence of internal pressure. At the same time, after recreating a fuselage in FE format for post processing data comparison with potential panel models, it is attempted to code a fatigue spectrum as a load sequence. The methodology for producing alternating fatigue stress cycles, that share similar attributes with those attained from real in-flight measurements, is presented in all its phases. The method to end up with a random load sequence, which simulates real life flight conditions, is based upon the exceedance diagram of the normalized stresses, the definition of different flight types and the ordering of the load factors in dimensional form. The present paper juxtaposes the fatigue spectrum obtained through the application of the original methodology with that from, a modified, adapted for fuselage damage inspection and repairs, approach put forward by the FAA. Additionally, as a final step, a third possible load sequence is seeked out, unique to this thesis that utilizes vertical acceleration data, that correlates to normalized bending stress amplitudes, for the definition of a novel flight block, meaning a fatigue spectrum that corresponds to a given number of flights. Ο πρωταρχικός σκοπός της παρούσας διατριβής είναι ο προσδιορισμός των βέλτιστων οριακών συνθηκών και τρόπων φόρτισης για την ανάπτυξη διατάξεων κατάλληλων για την πειραματική διερεύνηση της συμπεριφοράς καμπύλων ενισχυμένων πάνελ, οι οποίες προσομοιώνουν τη δομική απόκριση τμημάτων ατράκτου αεροσκάφους υπό στατική φόρτιση και φόρτιση κόπωσης. Στο πλαίσιο αυτό δομείται μία εικονική αναπαράσταση τμήματος ατράκτου και ελέγχεται η εγκυρότητά της για απλές περιπτώσεις φόρτισης, έπειτα από σύγκριση των αποτελεσμάτων με αυτά που προκύπτουν από αναλυτικές και ημιεμπειρικές σχέσεις. Το μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων της ατράκτου χαρακτηρίζεται από γεωμετρικές διαστάσεις και υλικά κατασκευής συμβατά με αυτά των επιβατικών αεροσκαφών. Η βιβλιογραφική ανασκόπηση που διεξάγεται, έχει ως στόχο την πρόταση πιθανών πειραματικών διατάξεων που διασφαλίζουν έναν ιδανικό συνδυασμό οριακών συνθηκών και συνθηκών φόρτισης στο πάνελ. Οι πηγές που εξετάζονται, επικεντρώνονται στη κατασκευή πειραματικών διατάξεων που στεγάζουν πάνελ (σε επίπεδο δοκιμίου ή εξαρτήματος) για δοκιμές λυγισμού με την ταυτόχρονη παρουσία εσωτερικής πίεσης. Ταυτόχρονα, αφού αναδημιουργείται μια άτρακτος υπό μορφή πεπερασμένων στοιχείων ώστε να συγκριθούν τα αποτελέσματα με αυτά μοντέλων πάνελ, επιχειρείται η κωδικοποίηση ενός φάσματος κόπωσης ως ακολουθία φορτίων. Η μεθοδολογία για την παραγωγή εναλλασσόμενων κύκλων κόπωσης, που έχουν παρόμοια χαρακτηριστικά με αυτά που επιτυγχάνονται από πραγματικές μετρήσεις κατά την πτήση, παρουσιάζεται σε όλες τις φάσεις της. Η μέθοδος για να καταλήξουμε σε μια φαινομενικά τυχαία ακολουθία φορτίων, η οποία ωστόσο προσομοιώνει τις πραγματικές συνθήκες πτήσης, βασίζεται στο διάγραμμα υπερβάσεων (προσπελάσεων) των κανονικοποιημένων τάσεων, στον ορισμό διαφορετικών τύπων πτήσης και στην διάταξη των διαστασιολογημένων συντελεστών φόρτισης σε ακολουθία. Η παρούσα εργασία αντιπαραβάλλει το φάσµα κόπωσης που προκύπτει από την εφαρμογή της αρχικής μεθοδολογίας µε το φάσµα που προκύπτει από μια τροποποιημένη, προσαρμοσμένη για επιθεώρηση και επισκευή βλαβών στην άτρακτο, προσέγγιση που προτάθηκε από την FAA. Επιπλέον, ως τελικό βήμα, αναζητείται μια τρίτη πιθανή ακολουθία φορτίων κόπωσης, μοναδική στην παρούσα διατριβή, η οποία χρησιμοποιεί δεδομένα κατακόρυφης επιτάχυνσης, που συσχετίζονται με κανονικοποιημένα εύρη καμπτικών τάσεων, για τον ορισμό ενός νέου μπλοκ πτήσεων, δηλαδή ενός φάσματος κόπωσης που αντιστοιχεί σε δεδομένο αριθμό πτήσεων. 2022-03-10T10:23:41Z 2022-03-10T10:23:41Z 2022-03-03 http://hdl.handle.net/10889/15959 en_US application/pdf