برای اطلاع از آخرین مقالات علمی و اخبار کرونا(COVID-19) کلیک کنید

مشخصات

عنوان:

طراحی و تخمین عمر تیوبهای فیبر کربنی تحت بارگذاری خمشی، پیچشی به روشهای عددی و تجربی



گروه تخصصی:  فنی و مهندسی

سازمان مجری:  واحد صنعتی شریف 

گروه پژوهشی: 

پژوهشگران: 
تاریخ خاتمه:  تیر 1385

کارفرما: 

خروجی طرح: 

با استفاده از نتایج این طرح دو مقاله با عنوان های «تخمین عمر خستگی اسپار کامپوزیتی بال یک هواپیمای بدون سرنشین» و «بررسی روند محاسبه تاریخچه بارگذاری استاندارد در بال یک هواپیمای نیروی انسانی به منظور محاسبه عمر خستگی» به ترتیب در پانزدهمین کنفرانس بین المللی مهندسی مکانیک ایران و ششمین کنفرانس مهندسی هوافضای ایران ارائه شده است. به علاوه تمامی صنایع به کار گیرنده مواد کامپوزیت، از جمله هوافضا، خودروسازی و کشتی سازی می توانند از نتایج این طرح استفاده کنند.


نوع: توسعه ای ـ کاربردی

 
تلفن: 66005970-66031914-66024544-021

نشانی سازمان مجری: تهران، خیابان آزادی، خیابان شهید ولی اله صادقی، روبروی درب شمالی دانشگاه صنعتی شریف، پلاک 79، کدپستی
 

چکیده:

تیوبهای کامپوزیتی فیبر کربنی به علت نسبت مقاومت به وزن بسیار بالا کاربرد گسترده ای در صنایع مختلف دارند. در صنایع هوایی و بخصوص در هواپیماهای نیروی انسانی که نیاز بسیار زیادی به نسبت مقاومت به وزن بالا وجود دارد استفاده از این سازه ها غیر قابل اجتناب بوده و در اجزای اصلی سازه مثل اسپار بال از این مواد استفاده می شود. طی دوران عملیات هواپیما به علت بارگذاریهای فشاری و برشی که به سازه اسپار اعمال می شود مقدار عمر اسپار تا حد قابل توجهی نسبت به بارگذاریهای کششی کاهش خواهد یافت. لذا بایستی برای اجزای مختلف هواپیما بخصوص اجزای اصلی مانند اسپار مقدار عمر بدست آمده و در عملیات هواپیما در نظر گرفته شود تا سانحه ای برای هواپیما رخ ندهد. از طرفی روشهای تحلیلی موجود در حوزه تخمین عمر مواد کامپوزیتی به علت مواردی همچون ناهمسانگردی ماده، انواع مختلف آسیب و ترکیب آنها وابسته به نمونه بوده تئوری جامعی در این زمینه وجود ندارد. در این طرح اسپار یک هواپیمای نیروی انسانی و یک هواپیمای بدون سرنشین مورد بررسی قرار گرفت. ابتدا اسپار تحت بار گذاری حدی (ضریب بار 2.5) طراحی گردیده و مشخصات اسپار مانند قطر، ضخامت، لایه چینی و... با توجه به محدودیتهای ساخت و وزن مشخص گردیدند. سپس تاریخچه بارگذاری طی دوران عملیات هواپیما با استفاده از روشهای استاندارد بدست آمده و با استفاده از روش کاهش مقاومت و سفتی ریف اشنایدر مقدار عمر این اسپار تخمین زده شد. در نهایت با انجام آزمایش خستگی در مورد یک نمونه صحت مدل مورد استفاده در تخمین عمر تیوبهای کربنی مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان دادند که این مدل با دقت قابل قبولی (حدود 25 درصد) برای تخمین عمر این گونه سازه ها قابل استفاده است و همچنین عمر اسپار هواپیمای نیروی انسانی حدود 1.5 برابر عمر استاندارد سازه اصلی بال هواپیماهای تجاری است.



کلیدواژگان: اسپار، کامپوزیت، کربن، اپوکسی، خستگی، تقلیل مقاومت، تاریخچه بارگذاری

 
 
Title:



Abstract:

CFRP Tubes, which has high strength to weight ratio, are used extensively in industries, aviation industries specifically in new generation of Unmanned Aerial Vehicles which high strength to weight is mostly demanded whereupon use of such material in structural part like spar is inevitable.
Owing to shear and compression loading on spar in service condition life of spar will be severely decreased.
This research concerns with the static design and life assessment of a spar of a typical human-powered-aircraft and an unmanned aerial vehicle. Since a very high strength to weight ratio is required in the design procedure of these types of aircraft, the spar is manufactured from carbon-fiber composite tubes. In practice, various loadings applied during the operation of aircraft may cause substantial decrease in the spar life. On the other hand, due to anisotropic material behavior and versatility of damage mechanisms, the analytical methods for life assessment of composite materials are applied to specific cases and there is lack of comprehensive theories.
In this research, an initial static design of the spar and its connections is carried out under a load factor of 2.5, and the design specifications such as diameter, thickness, and lay-ups are determined with regards to the manufacturing and weight limitations. Next the loading history is obtained using the standard procedures, and the strength-stiffness reductions are calculated using analytical and numerical methods. The calculated lives are then compared with the results of fatigue experiments.
The obtained results indicate that the stiffness-reduction method can be used in life assessment of such structures with a good accuracy. The result also shows that the expected life of the designed spar is 1.5 times the life of spars of commercial aircraft.



Keyword(s): HPA, Spar, Composite, Carbon, Epoxy, Fatigue, Strength Degradation, Loading History