Structural optımızatıon of a jet traıner wıng structure under strength and stıffness related constraınts
Bir jet eğitim uçağı kanadının dayanım ve direngenlik kısıtları altında yapısal eniyilemesi
- Tez No: 641441
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MELİN ŞAHİN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Tasarım optimizasyonu, Yapısal analiz, Design optimization, Structural analysis
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Havacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tezde, bir jet eğitim uçağı kanadı için yapılan eniyileme çalışmaları sunulmuştur. Metal ve kompozit yapılardan oluşan T-38 kanat geometrisine benzer bir kanat yapısı için, MSC NASTRAN yazılımının sonlu elemanlar modelleme ve eniyileme kabiliyetleri kullanılarak en uygun kaburga/kiriş (rib/spar) yerleşimi bulunması amaçlanmıştır. Hem toplam tasarım değişkeni sayısını azaltmak hem de komşu tasarım bölgeleri arasında düzgün kalınlık geçişleri elde etmek amacıyla, farklı şekil fonksiyonları kullanarak tasarım değişkenlerini birbirine bağlama metodu uygulanmıştır. Öncelikle, CATIA yazılımı kullanarak dış geometri oluşturulduktan sonra, MSC PATRAN yazılımı kullanılarak sonlu elemanlar modeli oluşturulmuştur. Benzer şekilde, tasarım değişkenlerinin eniyileme sürecinde değişebileceği bölgeler belirlenmiştir. Yapısal eleman kalınlıklarını, kanat üzerindeki konumlarına göre birbirlerine bağlayabilmek için, daha önceden belirlenen tasarım bölgelerinin merkez noktaları, açıklık boyunca 0 ve 1 arasında, veter doğrultusunda ise -0.5 ve 0.5 arasında konumlanacak şekilde, Python yazılımda hazırlanan komut dizisi yardımıyla doğal koordinat sistemine dönüştürülmüştür. Aerodinamik yükler MSC FLDS aracı kullanılarak hesaplanmış ve bütün yapıya rijit elemanlar ile dağıtmak amacıyla belirlenen istasyonlarda toplatılmıştır. Elde edilen kesme kuvveti ve eğilme momenti dağılımları, Schrenk yaklaşımı isimli farklı bir metot ile de karşılaştırılmıştır. Metal yapıların ve kompozit yapılarda kullanılan katmanların kalınlıkları, eniyileme çalışmasındaki tasarım değişkenleri olarak belirlenmişlerdir. Eniyileme çalışmasında kullanmak üzere, metal yapılar için von Mises gerilimi, kompozit yapılar için hasar kriteri, genel burkulma ve çırpınma hızını kontrol etmek için sönümleme ve doğal frekanslar olmak üzere toplam beş farklı kısıt bulunmaktadır. Farklı iç yerleşimli ama aynı dış geometriye sahip olarak tasarlanan birbirinden farklı kanat adayları için, belirlenen çok disiplinli bütün kısıtları sağlayan en hafif ağırlığı elde etmek, bu çalışmanın amacı olarak belirlenmiştir. Son olarak, bu çalışma için geliştirilen komut dizisi yardımıyla, tasarım değişkenlerini birbirine tasarım bölgelerinin kanat üzerinde bulundukları konuma göre bağlanması metodu MSC NASTRAN Sol 200 kullanıcıları için de uygun hale gelmiştir.
Özet (Çeviri)
This thesis presents structural optimization studies for a jet trainer aircraft wing structure. The main purpose is to select the most convenient rib/spar layout for T-38 wing like geometry which consists of metallic and composite components by using a finite element modeling and analysis tool of MSC NASTRAN optimization capabilities. In this study, in order to decrease the number of design variables and as well as to be able to obtain smooth thickness transitions between adjacent zones, design variable linking method is used by applying different shape functions. First of all, after creating the outer geometry in CATIA, the finite element model (FEM) is prepared using MSC PATRAN. Similarly, all design zones where design variables are free to change are designated. To be able to link the thicknesses of the components to each other with regards to their locations on the wing, all coordinates of design zones are transformed to natural coordinate system as their center points are positioned as located between 0 and 1 in span-wise direction and -0.5 and 0.5 in chord-wise direction using scripts coded in Python. Aerodynamic loads are then calculated by using MSC FLDS (FlightLoads) tool and summed in predefined monitor stations to distribute onto the structure using rigid body elements. Obtained shear force and bending moment distributions are also compared with another method called as Schrenk's Approximation. In the optimization studies, thicknesses of the metallic structures and principal composite ply thicknesses are considered as design variables. There are five design constraints which are von Mises stress for the metallic structures, failure index for strength check of composite structures, global buckling, damping and natural frequencies which are used to control the flutter speed. The objective in this research is to obtain a minimum weight in design while providing predefined constraints via investigating various design candidate geometries having different layouts but same outer geometry. Finally, by using the scripts developed within this thesis study, the design variable linking method used according to the locations of the design zones become suitable also for the Nastran Sol 200 users.
Benzer Tezler
- Design for additive manufacturing of the Turbojet engine part via topology optimization and structural analysis
Topoloji optimizasyonu ve yapısal analiz ile Turbojet motor parçasının katmanlı imalatı için yeniden tasarımı
FATİH EKİNCİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Mühendislik BilimleriGebze Teknik ÜniversitesiEnerji Teknolojileri Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MAHMUT AKŞİT
- Design and manufacturing of a high speed jet powered target drone
Yüksek hızlı jet motorlu hedef uçağı tasarımı ve üretimi
ENDER ÖZYETİŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Havacılık ve Uzay MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN NAFİZ ALEMDAROĞLU
- Talaşlı imalat ve aşındırıcılı su jeti işlemlerinin kompozit balistik malzemeler üzerinde karşılaştırmalı deneysel çalışması ve eniyilenmesi
Comparative experimental study and opti̇mi̇zation of machining and abrasive water jet process on composite balistic materials
EMRE DOĞANKAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Makine MühendisliğiTobb Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HAKKI ÖZGÜR ÜNVER
- Turbojet motoru kompresör çarkının yapısal analizi
Structural analysis of turbojet engine compressor wheel
TALHA ENSAR BAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZAHİT MECİTOĞLU
- Al 2024-T4 alüminyumun elmas benzeri karbon (DLC) kaplanmış matkaplarla delinmesinde kesme parametrelerinin deneysel incelenmesi ve Taguchi Yöntemi'yle optimizasyonu
Experimental investigation and Taguchi optimization for the effect of cutting parameters on the drilling of Al 2024-t4 alloy with diamond like carbon (DLC) coated drills
LEVENT KUTLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2009
Makine MühendisliğiMarmara ÜniversitesiMakine Eğitimi Ana Bilim Dalı
DR. AYHAN ETYEMEZ
PROF. DR. MUSTAFA KURT