واژه های کلیدی: تحلیل استاتیکی، ارتعاش آزاد، روش المان محدود، روش گالرکین، سرعت و فرکانس فلاتر فصل 1: مقدمه و تاریخچه1-1- پیشگفتار21-2- تاریخچه31-3- هدف پایان نامه61-4- محتویات پایان نامه6فصل 2: ساختمان بال و مواد سازنده2-1- مقدمه92-2- پیکربندی بال102-2-1- انواع بال102-2-2- جایگاه و شکل بال112-3- اجزای تشکیل دهنده بال122-3-1- تیرکهای طولی بال132-3-2- تیغه یا دندههای عرضی152-3-3- اجزای طولی تقویت کننده162-3-4- اجزای تقویت کننده و استحکام بخش162-3-5- پوسته بال162-4- پارامترهای هندسی بال162-4-1- نسبت منظری162-4-2- نسبت مخروطی172-4-3- زاویه عقبگرد182-4-4- زاویه دایهدرال یا هفتی182-4-5- پیچش بال192-5- سطوح کنترلی بال202-5-1- شهپر202-5-2- کاهنده برآ212-6- مواد سازنده اجزای هواپیما242-6-1- خواص مواد پرکاربرد در هواپیما25فصل 3: بارگذاری3-1- مقدمه293-2- ضریب بار313-2-1- ماکزیمم ضریب بار مانور323-2-2- ضریب بار ناشی از جریان ناگهانی هوا343-3- بارهای حدی و نهایی353-4- معیارهای طراحی سازه363-5- خواص جوی373-6- طراحی بارهای ناشی از سوخت و روغن383-7- پوش مانور پروازی403-7-1- نیروهای ناشی از تندباد و تلاطم423-8- بارگذاری سازه بال مطابق با استاندارد FAR 25423-8-1- کلیات433-8-2- بارهای پروازی453-8-3- بارهای مکمل483-8-4- بارهای سطوح کنترلی و بارهای سیستمی483-8-5- بارهای زمینی493-8-6- بارهای ناشی از خستگی و خوردگی49فصل 4: تئوری4-1- تحلیل استاتیکی514-2- تعیین فرکانسهای طبیعی و شکل مودها514-2-1- روش اجزای محدود524-2-2- روش تفاضل محدود554-2-3- روش المان مرزی554-3- تحلیل دینامیکی در نرم افزار اجزای محدود554-3-1- تحلیل با استفاده از مقادیر ویژه564-3-2- تحلیل پاسخ فرکانسی خطی574-3-3- تحلیل پاسخ گذرای خطی584-4- مباني آیروالاستيسيته استاتيکي و ديناميکي604-4-1- پديدههاي آیروالاستيک استاتيکي614-4-2- پديدههاي آیروالاستيکديناميکي654-4-3- روش حل و تحليل رفتار ديناميکي78فصل 5: مدلسازی کامپیوتری5-1- مقدمه825-2- مدلسازی بال825-3- سیستم سوخت در هواپیما855-3-1- تعیین محل دقیق مخازن سوخت865-4- تحلیل سازهای875-5- مدل بارگذاری89فصل 6: شبیه سازی عددی و ارائه نتایج6-1- مقدمه946-2- اعتبارسنجی مدل سازهای946-3- تحلیل استاتیکی956-3-1- تحلیل تنش برای ضریب بارهای مختلف956-3-2- بررسی زاویه نصب دندههای عرضی1036-3-3- بررسی سطح مقطع تیرک طولی1066-3-4- تحلیل سوخت1086-4- تحلیل فرکانسی1106-5- تحلیل آیروالاستیسیته1126-5-1- تحلیل فلاتر بال دارای شکستگی مدلسازی شده119فصل 7: جمع بندی و ارائه نتایج7-1- مقدمه1277-2- نتیجه گیری1277-2-1- تحلیل تنش1277-2-2- تحلیل آیروالاستیک1287-3- ارائه پیشنهاد128 فهرست شکلها شکل2-1: اجزای سازنده بال.. 9شکل2-2: محل نصب و شکل بال.. 11شکل2-3: انواع هواپیما از جهت محل عمودی نصب بال.. 12شکل2-4: نامگذاری اجزای بال.. 12شکل2-5: اجزای تشکیل دهنده تیرک طولی.. 13شکل2-6: انواع رایج تیرکهای طولی.. 14شکل2-7: انواع بال بر اساس نسبت مخروطی.. 17شکل2-8: زوایای دایهدرال و انهدرال.. 19شکل2-9: اثر زاویه دایهدرال در پایداری عرضی.. 19شکل2-10: سطوح کنترلی بال.. 20شکل2-11: ایجاد غلتش در هواپیما به وسیله کاهنده برآ.. 23شکل2-12: کاربرد مواد مختلف در نمونه هواپیمای مسافربری 27شکل3-1: مجموعهای از بارهای وارده به هواپیما.. 31شکل3-2: تعادل پروازی هواپیما.. 32شکل3-3: نمونهای از بارهای وارده به بال هواپیما بر حسب مسیر پروازی.. 33شکل3-4: نیروی وزن و برآی وارده به هواپیما.. 38شکل3-5: اثرات توزیع سوخت بر خمش بال.. 40شکل3-6: دیاگرام V-n برای هواپیمای مسافربری.. 41شکل4-1: نمایش پاسخ فرکانسی مختلط.. 57شکل 4-2: مسائل مطرح شده در آیروالاستیسیته.. 61شكل4-3: مدل تير براي بال يک بعدي.. 63شکل4-4: بررسي پايداري سيستم از روي پاسخهاي آن.. 70شکل4-5: مدل آیروالاستيک مقطع بال.. 72شکل4-6: نمودار قسمتهاي حقيقي و موهومي نسبت به سرعت 75شکل4-7: اثر ميرايي سازهاي در يافتن سرعت فلاتر.. 77شکل 5-1: نقشه بال ایرباس320.. 83شکل5-2: مکان قرارگیری تیرکهای طولی.. 84شکل5-3: نمای شماتیک بال طراحی شده.. 85شکل5-4: چند حالت مختصات هندسی مخزن سوخت در بال در مقایسه با میزان آزادی بال از زیر بار گشتاور خمشی.. 85شکل5-5: نمای کلی محل و قسمت بندی مخازن سوخت در هواپیمای ایرباس 320.. 87شکل5-6: مراحل تحلیل یک مدل در نرم افزار Abaqus. 88شکل5-7: توزیع نیروی برآ و توزیع بار ناشی از وزن سوخت 90شکل6-1: دو حالت متفاوت برای اعتبارسنجی مدل سازهای.. 94شکل 6-2: جابجایی عمودی بال بر حسب تعداد گرهها.. 96شکل6-3: کانتور تنش فون مایسز در تیرکهای طولی برای n=2.5 97شکل6-4: کانتور تنش فون مایسز در دندههای عرضی بال برای n=2.5 97شکل6-5: کانتور تنش در دندههای عرضی ریشه، شکستگی و نوک بال برای n=2.5.. 98شکل 6-6: تنشهای عمودی و برشی ماکزیمم در دندههای عرضی ریشه و محل شکستگی بال برای n=2.5.. 99شکل6-7: کانتور تغییر مکان عمودی بال در حالتهای مختلف پروازی 100شکل 6-8: تغییرات تنش در طول بال در تیرک طولی جلویی برای سه حالت پروازی مختلف.. 101شکل 6-9: تغییرات تنش در طول بال در تیرک طولی پشتی برای سه حالت پروازی مختلف.. 101شکل6-10: تغییرات ضریب اطمینان در طول بال در تیرک طولی جلویی 102شکل6-11: تغییرات ضریب اطمینان در طول بال در تیرک طولی پشتی 102شکل 6-12: نمایش قرارگیری دندههای عرضی بال با زاویههای نصب مختلف 103شکل 6-13: تاثیر حالتهای متفاوت دندههای عرضی بر توزیع تنش در ریشه بال.. 104شکل 6-14: جابجایی نوک بال برای حالتهای متفاوت زاویه نصب دندههای عرضی.. 104شکل 6-15: توزیع تنش فون مایسز در راستای طول بال در تیرک جلویی برای حالتهای متفاوت زاویه نصب دندههای عرضی.. 105شکل 6-16: جابجایی بال در راستای طول بال.. 105شکل 6-17: توزیع تنش در ریشه بال برای سطح مقطع متفاوت تیرکهای طولی.. 106شکل 6-18: جابجایی نوک بال برای تیرکهای طولی با سطح مقطع متفاوت 107شکل 6-19: جابجایی عمودی بال برای تیرک طولی با سطح مقطع A1= 12551.271 mm2. 107شکل 6-20: توزیع تنش در طول بال در تیرک جلویی برای حالتهای متفاوت مصرف سوخت.. 109شکل 6-21: جابجایی در طول بال برای حالتهای متفاوت مصرف سوخت 109شکل6-22: همگرایی فرکانس اول بر حسب تعداد گرهها.. 110شکل 6-23: مودهای فرکانسی بال.. 112شكل6-24: نمایش محور الاستیک و سطح مقطع تیر مخروطی.. 113شكل 6-25: مقایسه سرعت فلاتر بر حسب زاویه عقبگرد براینسبتهای متفاوت TR (=10λ).. 114شكل6-26: مقایسه فرکانس فلاتر بر حسب زاویه عقبگرد براینسبتهای متفاوت TR (=10λ).. 115شكل6-27: مقایسه سرعت فلاتر بر حسب نسبت مخروطی برای زوایای عقبگرد مختلف (=10 λ).. 116شكل6-28: مقایسه فرکانس فلاتر بر حسب نسبت مخروطی برای زوایای عقبگرد مختلف (=10λ).. 116شكل6-29: مقایسه سرعت فلاتر برحسب زاویه عقبگرد برای نسبتهای متفاوت λ و TR=0.. 117شكل6-30: مقایسه فرکانس فلاتر برحسب زاویه عقبگرد برای نسبتهای متفاوت λ و TR=0.. 117شكل6-31: مقایسه سرعت فلاتر برحسب زاویه عقبگرد برای نسبتهای متفاوت λ و TR=0.8.. 118شكل6-32: مقایسه فرکانس فلاتر برحسب زاویه عقبگرد برای نسبتهای متفاوت λ و TR=0.8.. 118شكل6-33: مقایسه سرعت فلاتر برحسب نسبت مخروطی برای نسبتهای متفاوت λ و Λ=0.. 119شكل6-34: مقایسه سرعت فلاتر برحسب نسبت مخروطی برای نسبتهای متفاوت λ و Λ=45.. 119شكل6-35: بال طراحی شده در نرم افزار CATIA... 120شكل6-36: سیستمهای مختصات و سطح مقطع بال دارای شکستگی 121شكل6-37: تغییرات ممان اینرسی و ممان اینرسی قطبی نسبت به فاصله از ریشه بال.. 122شكل6-38: تغییرات سرعت فلاتر نسبت به زاویه عقبگرد برای ارتفاعهای پروازی متفاوت.. 123شکل6-39: تغییرات سرعت فلاتر نسبت به افزایش ارتفاع به ازای زوایای عقبگرد متفاوت.. 124شکل6-40: تغییرات سرعت فلاتر نسبت به
مدل سازی و تحلیل سازه ای بال هواپیمای تجاری Structural Modeling and Analysis of Commercial Aircraft wing
واژه های کلیدی: تحلیل استاتیکی، ارتعاش آزاد، روش المان محدود، روش گالرکین، سرعت و فرکانس فلاتر فصل 1: مقدمه و تاریخچه1-1- پیشگفتار21-2- تاریخچه31-3- هدف پایان نامه61-4- محتویات پایان نامه6فصل 2: ساختمان بال و مواد سازنده2-1- مقدمه92-2- پیکربندی بال102-2-1- انواع بال102-2-2- جایگاه و شکل بال112-3- اجزای تشکیل دهنده بال122-3-1- تیرکهای طولی بال132-3-2- تیغه یا دندههای عرضی152-3-3- اجزای طولی تقویت کننده162-3-4- اجزای تقویت کننده و استحکام بخش162-3-5- پوسته بال162-4- پارامترهای هندسی بال162-4-1- نسبت منظری162-4-2- نسبت مخروطی172-4-3- زاویه عقبگرد182-4-4- زاویه دایهدرال یا هفتی182-4-5- پیچش بال192-5- سطوح کنترلی بال202-5-1- شهپر202-5-2- کاهنده برآ212-6- مواد سازنده اجزای هواپیما242-6-1- خواص مواد پرکاربرد در هواپیما25فصل 3: بارگذاری3-1- مقدمه293-2- ضریب بار313-2-1- ماکزیمم ضریب بار مانور323-2-2- ضریب بار ناشی از جریان ناگهانی هوا343-3- بارهای حدی و نهایی353-4- معیارهای طراحی سازه363-5- خواص جوی373-6- طراحی بارهای ناشی از سوخت و روغن383-7- پوش مانور پروازی403-7-1- نیروهای ناشی از تندباد و تلاطم423-8- بارگذاری سازه بال مطابق با استاندارد FAR 25423-8-1- کلیات433-8-2- بارهای پروازی453-8-3- بارهای مکمل483-8-4- بارهای سطوح کنترلی و بارهای سیستمی483-8-5- بارهای زمینی493-8-6- بارهای ناشی از خستگی و خوردگی49فصل 4: تئوری4-1- تحلیل استاتیکی514-2- تعیین فرکانسهای طبیعی و شکل مودها514-2-1- روش اجزای محدود524-2-2- روش تفاضل محدود554-2-3- روش المان مرزی554-3- تحلیل دینامیکی در نرم افزار اجزای محدود554-3-1- تحلیل با استفاده از مقادیر ویژه564-3-2- تحلیل پاسخ فرکانسی خطی574-3-3- تحلیل پاسخ گذرای خطی584-4- مباني آیروالاستيسيته استاتيکي و ديناميکي604-4-1- پديدههاي آیروالاستيک استاتيکي614-4-2- پديدههاي آیروالاستيکديناميکي654-4-3- روش حل و تحليل رفتار ديناميکي78فصل 5: مدلسازی کامپیوتری5-1- مقدمه825-2- مدلسازی بال825-3- سیستم سوخت در هواپیما855-3-1- تعیین محل دقیق مخازن سوخت865-4- تحلیل سازهای875-5- مدل بارگذاری89فصل 6: شبیه سازی عددی و ارائه نتایج6-1- مقدمه946-2- اعتبارسنجی مدل سازهای946-3- تحلیل استاتیکی956-3-1- تحلیل تنش برای ضریب بارهای مختلف956-3-2- بررسی زاویه نصب دندههای عرضی1036-3-3- بررسی سطح مقطع تیرک طولی1066-3-4- تحلیل سوخت1086-4- تحلیل فرکانسی1106-5- تحلیل آیروالاستیسیته1126-5-1- تحلیل فلاتر بال دارای شکستگی مدلسازی شده119فصل 7: جمع بندی و ارائه نتایج7-1- مقدمه1277-2- نتیجه گیری1277-2-1- تحلیل تنش1277-2-2- تحلیل آیروالاستیک1287-3- ارائه پیشنهاد128 فهرست شکلها شکل2-1: اجزای سازنده بال.. 9شکل2-2: محل نصب و شکل بال.. 11شکل2-3: انواع هواپیما از جهت محل عمودی نصب بال.. 12شکل2-4: نامگذاری اجزای بال.. 12شکل2-5: اجزای تشکیل دهنده تیرک طولی.. 13شکل2-6: انواع رایج تیرکهای طولی.. 14شکل2-7: انواع بال بر اساس نسبت مخروطی.. 17شکل2-8: زوایای دایهدرال و انهدرال.. 19شکل2-9: اثر زاویه دایهدرال در پایداری عرضی.. 19شکل2-10: سطوح کنترلی بال.. 20شکل2-11: ایجاد غلتش در هواپیما به وسیله کاهنده برآ.. 23شکل2-12: کاربرد مواد مختلف در نمونه هواپیمای مسافربری 27شکل3-1: مجموعهای از بارهای وارده به هواپیما.. 31شکل3-2: تعادل پروازی هواپیما.. 32شکل3-3: نمونهای از بارهای وارده به بال هواپیما بر حسب مسیر پروازی.. 33شکل3-4: نیروی وزن و برآی وارده به هواپیما.. 38شکل3-5: اثرات توزیع سوخت بر خمش بال.. 40شکل3-6: دیاگرام V-n برای هواپیمای مسافربری.. 41شکل4-1: نمایش پاسخ فرکانسی مختلط.. 57شکل 4-2: مسائل مطرح شده در آیروالاستیسیته.. 61شكل4-3: مدل تير براي بال يک بعدي.. 63شکل4-4: بررسي پايداري سيستم از روي پاسخهاي آن.. 70شکل4-5: مدل آیروالاستيک مقطع بال.. 72شکل4-6: نمودار قسمتهاي حقيقي و موهومي نسبت به سرعت 75شکل4-7: اثر ميرايي سازهاي در يافتن سرعت فلاتر.. 77شکل 5-1: نقشه بال ایرباس320.. 83شکل5-2: مکان قرارگیری تیرکهای طولی.. 84شکل5-3: نمای شماتیک بال طراحی شده.. 85شکل5-4: چند حالت مختصات هندسی مخزن سوخت در بال در مقایسه با میزان آزادی بال از زیر بار گشتاور خمشی.. 85شکل5-5: نمای کلی محل و قسمت بندی مخازن سوخت در هواپیمای ایرباس 320.. 87شکل5-6: مراحل تحلیل یک مدل در نرم افزار Abaqus. 88شکل5-7: توزیع نیروی برآ و توزیع بار ناشی از وزن سوخت 90شکل6-1: دو حالت متفاوت برای اعتبارسنجی مدل سازهای.. 94شکل 6-2: جابجایی عمودی بال بر حسب تعداد گرهها.. 96شکل6-3: کانتور تنش فون مایسز در تیرکهای طولی برای n=2.5 97شکل6-4: کانتور تنش فون مایسز در دندههای عرضی بال برای n=2.5 97شکل6-5: کانتور تنش در دندههای عرضی ریشه، شکستگی و نوک بال برای n=2.5.. 98شکل 6-6: تنشهای عمودی و برشی ماکزیمم در دندههای عرضی ریشه و محل شکستگی بال برای n=2.5.. 99شکل6-7: کانتور تغییر مکان عمودی بال در حالتهای مختلف پروازی 100شکل 6-8: تغییرات تنش در طول بال در تیرک طولی جلویی برای سه حالت پروازی مختلف.. 101شکل 6-9: تغییرات تنش در طول بال در تیرک طولی پشتی برای سه حالت پروازی مختلف.. 101شکل6-10: تغییرات ضریب اطمینان در طول بال در تیرک طولی جلویی 102شکل6-11: تغییرات ضریب اطمینان در طول بال در تیرک طولی پشتی 102شکل 6-12: نمایش قرارگیری دندههای عرضی بال با زاویههای نصب مختلف 103شکل 6-13: تاثیر حالتهای متفاوت دندههای عرضی بر توزیع تنش در ریشه بال.. 104شکل 6-14: جابجایی نوک بال برای حالتهای متفاوت زاویه نصب دندههای عرضی.. 104شکل 6-15: توزیع تنش فون مایسز در راستای طول بال در تیرک جلویی برای حالتهای متفاوت زاویه نصب دندههای عرضی.. 105شکل 6-16: جابجایی بال در راستای طول بال.. 105شکل 6-17: توزیع تنش در ریشه بال برای سطح مقطع متفاوت تیرکهای طولی.. 106شکل 6-18: جابجایی نوک بال برای تیرکهای طولی با سطح مقطع متفاوت 107شکل 6-19: جابجایی عمودی بال برای تیرک طولی با سطح مقطع A1= 12551.271 mm2. 107شکل 6-20: توزیع تنش در طول بال در تیرک جلویی برای حالتهای متفاوت مصرف سوخت.. 109شکل 6-21: جابجایی در طول بال برای حالتهای متفاوت مصرف سوخت 109شکل6-22: همگرایی فرکانس اول بر حسب تعداد گرهها.. 110شکل 6-23: مودهای فرکانسی بال.. 112شكل6-24: نمایش محور الاستیک و سطح مقطع تیر مخروطی.. 113شكل 6-25: مقایسه سرعت فلاتر بر حسب زاویه عقبگرد براینسبتهای متفاوت TR (=10λ).. 114شكل6-26: مقایسه فرکانس فلاتر بر حسب زاویه عقبگرد براینسبتهای متفاوت TR (=10λ).. 115شكل6-27: مقایسه سرعت فلاتر بر حسب نسبت مخروطی برای زوایای عقبگرد مختلف (=10 λ).. 116شكل6-28: مقایسه فرکانس فلاتر بر حسب نسبت مخروطی برای زوایای عقبگرد مختلف (=10λ).. 116شكل6-29: مقایسه سرعت فلاتر برحسب زاویه عقبگرد برای نسبتهای متفاوت λ و TR=0.. 117شكل6-30: مقایسه فرکانس فلاتر برحسب زاویه عقبگرد برای نسبتهای متفاوت λ و TR=0.. 117شكل6-31: مقایسه سرعت فلاتر برحسب زاویه عقبگرد برای نسبتهای متفاوت λ و TR=0.8.. 118شكل6-32: مقایسه فرکانس فلاتر برحسب زاویه عقبگرد برای نسبتهای متفاوت λ و TR=0.8.. 118شكل6-33: مقایسه سرعت فلاتر برحسب نسبت مخروطی برای نسبتهای متفاوت λ و Λ=0.. 119شكل6-34: مقایسه سرعت فلاتر برحسب نسبت مخروطی برای نسبتهای متفاوت λ و Λ=45.. 119شكل6-35: بال طراحی شده در نرم افزار CATIA... 120شكل6-36: سیستمهای مختصات و سطح مقطع بال دارای شکستگی 121شكل6-37: تغییرات ممان اینرسی و ممان اینرسی قطبی نسبت به فاصله از ریشه بال.. 122شكل6-38: تغییرات سرعت فلاتر نسبت به زاویه عقبگرد برای ارتفاعهای پروازی متفاوت.. 123شکل6-39: تغییرات سرعت فلاتر نسبت به افزایش ارتفاع به ازای زوایای عقبگرد متفاوت.. 124شکل6-40: تغییرات سرعت فلاتر نسبت به