Development, structural analysis and numerical simulation of stiffened panels testing concepts under multi-axial loading

The main objective of the current thesis is the establishment of the most ideal and cost-efficient testing rig configuration for the experimental investigation of the curved stiffened panel behaviour. The investigated panels should be capable to carry static loads, which are calculated from real fli...

Πλήρης περιγραφή

Λεπτομέρειες βιβλιογραφικής εγγραφής
Κύριος συγγραφέας: Πολυζωίδης - Σράιμπερ, Ιάσων
Άλλοι συγγραφείς: Polyzoidis - Schreiber, Jason
Γλώσσα:English
Έκδοση: 2023
Θέματα:
Διαθέσιμο Online:https://hdl.handle.net/10889/24579
id nemertes-10889-24579
record_format dspace
institution UPatras
collection Nemertes
language English
topic Stiffened panel
Testing rig
Full-scale fuselage simulations
Cabin internal pressure load simulation
Facility optimization
Ενισχυμένα πάνελ
Διάταξη δοκιμών
Προσομοιώσεις ατράκτου πλήρους κλίμακας
Προσομοίωση φορτίων εσωτερικής πίεσης καμπίνας
Βελτιστοποίηση διατάξεων
spellingShingle Stiffened panel
Testing rig
Full-scale fuselage simulations
Cabin internal pressure load simulation
Facility optimization
Ενισχυμένα πάνελ
Διάταξη δοκιμών
Προσομοιώσεις ατράκτου πλήρους κλίμακας
Προσομοίωση φορτίων εσωτερικής πίεσης καμπίνας
Βελτιστοποίηση διατάξεων
Πολυζωίδης - Σράιμπερ, Ιάσων
Development, structural analysis and numerical simulation of stiffened panels testing concepts under multi-axial loading
description The main objective of the current thesis is the establishment of the most ideal and cost-efficient testing rig configuration for the experimental investigation of the curved stiffened panel behaviour. The investigated panels should be capable to carry static loads, which are calculated from real flight conditions. A stiffened curved panel is constructed in the FE codes of ANSYS APDL and LS DYNA to enable comparisons between the numerical results of the full fuselage model and the stiffened panel model. The geometrical dimension and material properties of the Finite Element model (F.E.) are obtained by a typical passenger jet airplane. Aircraft fuselage structures consists of complex structures with components geometries which depend on numerous factors, such as aircraft size, mass, position of the component in the aircraft, flight conditions, etc. The complex fuselage section is simplified to a curved stiffened panel aiming to simulate its behavior with that of the fuselage. An extensive literature research will be carried out with the aim of reporting the experimental arrangements for stiffened panels and the advantages of the arrangement chosen. Initially, a full barrel fuselage section will be modeled to find the desired stress and radial displacement response to achieve at the panel level. From previous studies, three main testing rig models were considered most efficient and accurate, which carried internal pressure, tension and bending stresses. In the current thesis, emphasis will be placed on the simulation of internal pressure. For each one, the panel was modelled in F.E. format with the respected boundary and loading conditions. This step is essential for having realistic and representative full-scale fuselage simulations. The post processing data where then compared to the theoretical full barrel section model (fuselage response) and the data of each test-rig version will be collected, with the aim of choosing the best layout. The last part of this work is the introduction of an airbag in the experimental set-up to simulate the internal pressure of the cabin more realistically in normal flight conditions. Polyurethane foam pieces will be inserted between the panel stiffeners so that the loads are transferred evenly to the panel and the airbag is protected by them. At this point, the model will be optimized by changing the geometrical characteristics of the airbag, the rigid body and the foam components, aiming at the best possible distribution of pressure on the stiffened panel. Finally, a more detailed optimization will be made for the Rod arrangement and its geometrical characteristics in such way that the deviation of Radial Displacements and Stresses between panel and full barrel section level were minimized.
author2 Polyzoidis - Schreiber, Jason
author_facet Polyzoidis - Schreiber, Jason
Πολυζωίδης - Σράιμπερ, Ιάσων
author Πολυζωίδης - Σράιμπερ, Ιάσων
author_sort Πολυζωίδης - Σράιμπερ, Ιάσων
title Development, structural analysis and numerical simulation of stiffened panels testing concepts under multi-axial loading
title_short Development, structural analysis and numerical simulation of stiffened panels testing concepts under multi-axial loading
title_full Development, structural analysis and numerical simulation of stiffened panels testing concepts under multi-axial loading
title_fullStr Development, structural analysis and numerical simulation of stiffened panels testing concepts under multi-axial loading
title_full_unstemmed Development, structural analysis and numerical simulation of stiffened panels testing concepts under multi-axial loading
title_sort development, structural analysis and numerical simulation of stiffened panels testing concepts under multi-axial loading
publishDate 2023
url https://hdl.handle.net/10889/24579
work_keys_str_mv AT polyzōidēssraimperiasōn developmentstructuralanalysisandnumericalsimulationofstiffenedpanelstestingconceptsundermultiaxialloading
AT polyzōidēssraimperiasōn anaptyxēdomikēanalysēkaiarithmētikēprosomoiōsēdiataxēsmēchanikōndokimōnenischymenōnkelyphōnaeronaupēgikōnkataskeuōnsepolyaxonikēphortisē
_version_ 1771297137788715008
spelling nemertes-10889-245792023-02-25T04:34:35Z Development, structural analysis and numerical simulation of stiffened panels testing concepts under multi-axial loading Ανάπτυξη, δομική ανάλυση και αριθμητική προσομοίωση διάταξης μηχανικών δοκιμών ενισχυμένων κελυφών αεροναυπηγικών κατασκευών σε πολυαξονική φόρτιση Πολυζωίδης - Σράιμπερ, Ιάσων Polyzoidis - Schreiber, Jason Stiffened panel Testing rig Full-scale fuselage simulations Cabin internal pressure load simulation Facility optimization Ενισχυμένα πάνελ Διάταξη δοκιμών Προσομοιώσεις ατράκτου πλήρους κλίμακας Προσομοίωση φορτίων εσωτερικής πίεσης καμπίνας Βελτιστοποίηση διατάξεων The main objective of the current thesis is the establishment of the most ideal and cost-efficient testing rig configuration for the experimental investigation of the curved stiffened panel behaviour. The investigated panels should be capable to carry static loads, which are calculated from real flight conditions. A stiffened curved panel is constructed in the FE codes of ANSYS APDL and LS DYNA to enable comparisons between the numerical results of the full fuselage model and the stiffened panel model. The geometrical dimension and material properties of the Finite Element model (F.E.) are obtained by a typical passenger jet airplane. Aircraft fuselage structures consists of complex structures with components geometries which depend on numerous factors, such as aircraft size, mass, position of the component in the aircraft, flight conditions, etc. The complex fuselage section is simplified to a curved stiffened panel aiming to simulate its behavior with that of the fuselage. An extensive literature research will be carried out with the aim of reporting the experimental arrangements for stiffened panels and the advantages of the arrangement chosen. Initially, a full barrel fuselage section will be modeled to find the desired stress and radial displacement response to achieve at the panel level. From previous studies, three main testing rig models were considered most efficient and accurate, which carried internal pressure, tension and bending stresses. In the current thesis, emphasis will be placed on the simulation of internal pressure. For each one, the panel was modelled in F.E. format with the respected boundary and loading conditions. This step is essential for having realistic and representative full-scale fuselage simulations. The post processing data where then compared to the theoretical full barrel section model (fuselage response) and the data of each test-rig version will be collected, with the aim of choosing the best layout. The last part of this work is the introduction of an airbag in the experimental set-up to simulate the internal pressure of the cabin more realistically in normal flight conditions. Polyurethane foam pieces will be inserted between the panel stiffeners so that the loads are transferred evenly to the panel and the airbag is protected by them. At this point, the model will be optimized by changing the geometrical characteristics of the airbag, the rigid body and the foam components, aiming at the best possible distribution of pressure on the stiffened panel. Finally, a more detailed optimization will be made for the Rod arrangement and its geometrical characteristics in such way that the deviation of Radial Displacements and Stresses between panel and full barrel section level were minimized. Ο κύριος στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι ο προσδιορισμός της βέλτιστης διαμόρφωσης μίας διάταξης δοκιμών (test rig) για την πειραματική διερεύνηση της συμπεριφοράς ενός καμπύλου ενισχυμένου πάνελ. Τα υπό διερεύνηση πάνελ θα πρέπει να μπορούν να μεταφέρουν στατικά φορτία, τα οποία υπολογίζονται από πραγματικές συνθήκες πτήσης. Με την βοήθεια των λογισμικών ANSYS APDL και LS DYNA, μοντελοποιείται το ενισχυμένο πάνελ για να ελεγχθεί η συμφωνία απόκρισης αποτελεσμάτων με το μοντέλο πλήρους κλίμακας ατράκτου. Η γεωμετρική διάσταση και οι ιδιότητες των υλικών του μοντέλου Πεπερασμένων Στοιχείων (Π.Σ.) λαμβάνονται από ένα τυπικό επιβατικό αεριωθούμενο αεροσκάφος. Οι δομές ατράκτου αεροσκάφους αποτελούνται από πολύπλοκες δομές με γεωμετρίες στοιχείων που εξαρτώνται από πολλούς παράγοντες, όπως το μέγεθος του αεροσκάφους, η μάζα του, η τοποθέτηση των ενισχυτικών, οι συνθήκες πτήσης κλπ. Το περίπλοκο τμήμα ατράκτου απλοποιείται σε ένα καμπύλο ενισχυμένο πάνελ με στόχο να προσομοιώσει με ακρίβεια τη συμπεριφορά του με αυτήν της ατράκτου. Θα διεξαχθεί μία εκτενής βιβλιογραφική αναζήτηση με στόχο την διερεύνηση των πειραματικών διατάξεων για ενισχυμένα πάνελ και των πλεονεκτημάτων αυτής που επιλέχθηκε. Αρχικά, ένα τμήμα πλήρους ατράκτου θα μοντελοποιηθεί για να βρεθεί η επιθυμητή απόκριση τάσεων και ακτινικών μετατοπίσεων που θα επιτευχθεί στο επίπεδο του πάνελ. Από προηγούμενες μελέτες, λαμβάνονται υπόψη τρεις βασικοί τύποι διατάξεων δοκιμών, τα οποία μπορούν να φέρουν καμπτικά, εφελκυστικά, στρεπτικά και φορτία εσωτερικής πίεσης. Στην παρούσα εργασία θα δοθεί έμφαση στην προσομοίωση μόνο της εσωτερικής πίεσης. Για κάθε τύπο διάταξης, το πάνελ μοντελοποιήθηκε σε μορφή Π.Σ. με τις αντίστοιχες οριακές συνθήκες και συνθήκες φόρτισης. Το βήμα αυτό είναι απαραίτητο για να έχουμε ρεαλιστικές και αντιπροσωπευτικές προσομοιώσεις ατράκτου πλήρους κλίμακας. Τα αποτελέσματα θα συγκριθούν με αυτά της πλήρους ατράκτου και θα συλλεχθούν με στόχο την επιλογή της καλύτερης διάταξης. Το τελευταίο κομμάτι της παρούσας εργασίας αποτελεί την εισαγωγή ενός αερόσακου στην πειραματική διάταξη για την ρεαλιστικότερη προσομοίωση της εσωτερικής πίεσης της καμπίνας σε συνθήκες κανονικής πτήσης. Μεταξύ των ενισχυτικών στοιχείων του πάνελ θα ενταχθούν κομμάτια αφρού πολυουρεθάνης, ώστε τα φορτία να μεταφέρονται ομοιόμορφα στο πάνελ και να επιτυγχάνεται η προστασία του αερόσακου από τα ενισχυτικά. Σε αυτό το σημείο θα γίνει βελτιστοποίηση του μοντέλου μεταβάλλοντας τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά του αερόσακου, του αφρού πολυουρεθάνης και του σταθερού σώματος με στόχο την καλύτερη δυνατή κατανομή της πίεσης στο ενισχυμένο πάνελ. Τέλος, θα γίνει μια πιο λεπτομερής βελτιστοποίηση για την διάταξη των ράβδων και τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά τους με τέτοιο τρόπο ώστε η απόκλιση των ακτινικών μετατοπίσεων και τάσεων μεταξύ του πάνελ και του τμήματος πλήρους ατράκτου να ελαχιστοποιούνται. 2023-02-24T11:26:25Z 2023-02-24T11:26:25Z 2023-02-24 https://hdl.handle.net/10889/24579 en application/pdf