تحلیل استحکام جعبه گشتاور پایدارگر افقی هواپیمای فرسوده جهت تخمین عمر باقیمانده و عمردهی آن به روش اجزاء محدود

نوع مقاله: مقاله مکانیک

نویسندگان

1 دانشگاه صنعتی شریف

2 دانشگاه شهید بهشتی

چکیده

از آنجا که توزیع تنش واقعی در اجزاء هواپیما یکی از مهم‌ترین شاخص‌های ورودی جهت انجام پژوهش‌های طراحی و عمردهی هواپیما می‌باشد، در پژوهش حاضر به تحلیل استحکام سازه جعبه گشتاور پایدارگر افقی هواپیما پرداخته شده است. برای این منظور مدل هندسی دقیق اجزاء سازه‌ای جعبه گشتاور طبق نقشه‌های ساخت هواپیما با استفاده از نرم‌افزار ®CATIA تولید شده و جهت تحلیل استاتیک به محیط نرم‌افزار ABAQUS® انتقال یافته و مونتاژ گردیده‌ است. پس از انجام اصلاحات در مدل هندسی و استخراج بار آیرودینامیکی با استفاده از منحنی‌های بارگذاری هواپیما، مدل اجزاء محدود سازه، تولید شده است. سپس شرایط مرزی مناسب و خواص مواد اجزاء تخصیص داده شده و در نهایت تنش اجزاء سازه‌ای و باربر پایدارگر افقی به دست آمده است. سازه جعبه گشتاور، بخش زیادی از نیروهای وارده بر دُم هواپیما که تماماً یک سطح کنترلی بوده و در زوایای حمله مختلف تغییر موقعیت می‌دهد را تحمل کرده و از این حیث سازه‌ای بحرانی می‌باشد. پس از ارائه نتایج حاصل از تحلیل‌های استاتیکی، قطعات بحرانی سازه جعبه گشتاور تحت نیروهای آیرودینامیکی، به‌منظور ارزیابی و تخمین عمر باقی‌مانده ‌تعیین و مورد بررسی واقع شده است. با توجه به یکسان نبودن جنس قطعات، معیار بحرانی بودن بر مبنای نسبت تنش وارده بر قطعه، بر تنش تحمل قطعه قرار گرفته است. بر این اساس با توجه به پایین‌تر بودن تنش تسلیم در ریب اصلی دوم، این قطعه به‌عنوان قطعه بحرانی معرفی ‌گردید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Strength analysis of the horizontal stabilator torque box of time-worn aircraft in order to estimate the remaining life and its lifetime by the finite element method

نویسندگان [English]

  • Saeed Solgi 1
  • Ali Jahangiri 2
1 sharif University
2 shahid beheshti university
چکیده [English]

Since the distribution of actual tensions in aircraft components is one of the most important inputs for carrying out aircraft design and survey research, the present study analyzes the strength of the horizontal stabilizer torque box structure of the aircraft. For this purpose, the exact geometric model of torque box construction components has been manufactured using the CATIA® software and has been transferred to the ABAQUS® software for static analysis. After modification of the geometric model and the aerodynamic load extraction, using the plane loading curves, a finite element model is constructed. Then appropriate boundary conditions and properties of the material of the components are allocated and finally, the stresses of the structural components and horizontal stabilizer are obtained. The structure of the torque box, with a large part of the forces involved on the tail of the aircraft, which has all a control level and is in different angles of change, can withstand a critical structure. After presenting the results of the static analysis, critical components of the torque box structure under aerodynamic forces have been investigated and evaluated for the remaining lifetime. Regarding the unequal nature of parts, the criterion of criticality based on the stress ratio on the piece is based on stress tolerance of the piece. Accordingly, given the lower supply tension in the second main rack, this piece was introduced as a critical piece.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Finite element analysis
  • Horizontal stabilizer torque box
  • time-worn aircraft
  • Aerodynamic load
  • ABAQUS® software
1] D. J. Peery, and J. J. Azar, Aircraft Structures, 2th ed., McGraw-Hill, New York, USA, 2011.
[2] T. H. G. Megson, Aircraft Structures for engineering students, 5th ed., Jordan Hill, Oxford, USA, 2012.
[3] O. Zienkiewicz, R. Taylor, and J. Zhu, The Finite Element Method: Its Basis and Fundamentals, 6th ed., Elsevier Butterworth-Heinemann, USA, 2010.
[4] C. Sun, and H. Chin, "Analysis of asymmetric composite laminates", AIAA journal, Vol. 26, NO. 6, 1988, pp. 714-718.
[5] S. Saigal, R. K. Kapania, and T. Yang, "Geometrically nonlinear finite element analysis of imperfect laminated shells", Journal of Composite Materials, Vol. 20, NO. 2,  March 1986, pp. 197-214.
[6] J. N. Reddy, Mechanics of laminated composite plates and shells: theory and analysis, 2th ed., CRC press, USA, 2004.
[7] J. N. Reddy, An Introduction to Nonlinear Finite Element Analysis: with applications to heat transfer, fluid mechanics, and solid mechanics, 2th ed., OUP Oxford, UK, 2015.
[8] K. Chandrashekhara, Theory of plates, 1th ed., Universities press, India, 2001.
[9] A. F. Palmerio, J. Reddy, and R. Schmidt, "On a moderate rotation theory of laminated anisotropic shells—Part 2. Finite-element analysis", International Journal of Non-Linear Mechanics, Vol. 25, NO. 6, August 2002, pp. 701-714.
[10] آیدین غزنوی اسگویی، محمد رضا خلیلی و امین غزنوی اسگویی، "تاثیر هندسه بر رفتار و مدهای شکست اتصال T شکل پانل­های ساندویچی تحت بارگذاری عرضی"، نشریه مدل‌سازی در مهندسی، دوره 12، شماره 36، بهار 1393، صفحه 85- 101.
[11] محمود مهرداد شکریه، زهرا شکریه و مهرداد داورپناه، "بررسی تحلیلی، عددی و تجربی سازه‌ای با صفحات تاشده کامپوزتی"، نشریه مدل‌سازی در مهندسی، دوره 13، شماره 42، پاییز 1394، صفحه 1- 15.        
[12] حسین همتیان، عبدالحسین فریدون و مرتضی رجب پور، "بهینه‌سازی پانل ساندویچی هسته منشوری براساس الگوریتم گروه ذرات"، نشریه مدل‌سازی در مهندسی، دوره 8، شماره 20، پاییز 1389، صفحه 17- 26.
[13] علی قدوسیان، مجتبی شیخی و محمد رضا رستمی، " بهینه‌سازی شکل سطح تماس برای سازه‌ها تحت بارگذاری چندگانه به کمک روش تکاملی دوطرفه"، نشریه مدل‌سازی در مهندسی، دوره 10، شماره 30، پاییز 1391، صفحه 77- 86.
 
[14] K. Rohwer, S. Friedrichs, and C. Wehmeyer, "Analyzing laminated structures from fiber-reinforced composite material-an assessment", Technische Mechanik, Vol. 25, No. 1, 2005, pp. 59-79.
[15] E. Silverman, M. Rhodes, and M. Dyer, "Composite Isogrid Structures for Spacecraft Components", Society for the Advancement of Materials and Process Engineering Journal, Vol. 35, No. 1, 1999, pp. 51-58.  
[16] L. Aktay, A. F. Johnson, and M. Holzapfel, "Prediction of impact damage on sandwich composite panels", Computational Materials Science, Vol. 32, No. 3-4, March 2005, pp. 252-260.
[17] L. Aktay, A. F. Johnson, and B. H. Kroplin, "Numerical modeling of honeycomb core crush behavior", Engineering Fracture Mechanics, Vol. 75, No. 9, June 2008, pp. 2616-2630.
[18] C. C. Foo, G. B. Chai, and L. K. Seah, "A model to predict low-velocity impact response and damage in sandwich composites", Composites Science and Technology, Vol. 68, No. 6, May 2008, pp. 1348-1356.
[19] L. Wahl, S. Maas, D. Waldmann, A. Zurbes, and P. Freres, "Shear stresses in honeycomb sandwich plates: Analytical solution, finite element method and experimental verification", Journal of Sandwich Structures and Materials, Vol. 14, No.4, July 2012, pp. 449-468.
 
[20] A. Aghanajafi, D. Toghraie, and B, Mehmandoust, "Numerical simulation of laminar forced convection of water-CuO nanofluid inside a triangular duct", Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, Vol. 85, January 2017, pp. 103-108.
[21] M. R. Shamsi, O. AliAkbari, A. Marzban, D. Toghraie, and R. Mashayekhi, "Increasing heat transfer of non-Newtonian nanofluid in rectangular microchannel with triangular ribs", Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, Vol. 93, September 2017, pp. 167-178.
[22] O. Ali Akbari, H. Hassanzadeh Afrouzi, A. Marzban, D. Toghraie, H. Malekzade, and A. Arabpour,"Investigation of volume fraction of nanoparticles effect and aspect ratio of the twisted tape in the tube", Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, Vol. 129, No.3, September 2017, pp. 1911-1922.
[23] S. Oveissi, D. Toghraie, and S. A. Eftekhari, "Longitudinal vibration and stability analysis of carbon nanotubes conveying viscous fluid", Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, Vol. 83, September 2016, pp. 275-283.
[24] سعید سلگی، علی جهانگیری و محسن نالایی، "تحلیل استحکام بال هواپیما به روش اجزاء محدود و مقایسه با تست تجربی"، چهاردهمین کنفرانس بین المللی انجمن هوافضای ایران، تهران، ایران، 12 تا 14 اسفند، دوره 14، 1395.