دکتر شهرام یوسفی
-
برای اندازه گیری کرنش ناشی از اعمال نیروی برشی بر روی یک اسپار بال، لازم است کرنش سنج بر روی تار خنثی نصب شود. اگر در محل تار خنثی، بریدگی موجود باشد، می-توان کرنش سنج هایی را در خارج از بریدگی نصب نمود. هدف اصلی این تحقیق، بررسی تاثیر بریدگی های دایره ای بر دقت داده های پل های کرنش سنجی به منظور محاسبه بار برشی است. سازه اسپار جلویی بال یک هواپیمای سبک و تجهیز آن در دو مقطع به پل های کرنش سنجی در نظر گرفته شده است. برای هر مقطع اندازه گیری، یک پل روی تار خنثی و دو پل با فاصله های معین از تار خنثی نصب شده است. بار متمرکز به کمک عملگرهای خطی مجهز به حسگر نیرو، به سازه اعمال شده است. به روش کالیبراسیون بارهای زمینی، معادلات بار نوشته شده و با کمک سیگنال های مستخرج از آزمون، مقادیر بارها در مقاطع مذکور محاسبه شده اند. نیروهای یاد شده در حالت های مختلف، محاسبه شده و اختلاف بین آنها ارزیابی شده است. بر این اساس، تاثیر بریدگی های دایره ای در میزان دقت خروجی پل های کرنش سنجی تعیین شد. نتایج بدست آمده نشان دهنده صحت روند انجام آزمون ها و نیز صحت معادلات بار نوشته شده است.
کلید واژگان: اسپار جلوئی, پل های کرنش سنجی, اندازه گیری تجربی, بریدگی دایره ای, بار برشیIn order to measure the strain due to the shear force applied on a wing's spar, it is necessary to install a strain gauge on the neutral axis. In cases such as a circular hole on the neutral axis, it is impossible to install a strain gauge. Therefore, by installing strain gauges outside the cutting area of the hole, it will be useful to measure the shear load. Therefore, the main objective of this study is to investigate the effect of circular slices on the accuracy of strain gauge data acquired for calculating shear load. In this regard, the front spar structure of a lightweight aircraft with two sections are considered as strain gauge bridges. In the laboratory for each measurement section, a bridge is installed on the neutral axis and another two bridges with certain distances from the neutral axis are installed. Concentrated load at specific points has been applied by linear electromotor actuators equipped with S-type load cells. Using the calibration method of ground loads, the load equations are written and finally by using of strain gauge signals which extracted from the test, the concentrated loads are calculated. The forces are calculated in non-creep conditions and in spite of the cuts in the sections, and the differences between them are evaluated. Accordingly, the effect of circular slices on the accuracy of the output of the strain gauge bridges was determined. The results show the correctness of the tests and the accuracy of the load equations.
Keywords: Front Spar, Strain gauge bridges, Experimental Measurement, Circular cutout, Shear load -
در این پژوهش حل تحلیلی دقیقی برای درام اسپول کمپرسور محوری یک موتور توربین گاز جهت محاسبه تنش ها، کرنش ها و جابجایی ها انجام شده است. تحلیل انجام شده در دو حالت مختلف یکی درام از جنس همگن و دیگری ماده هدفمند (FGM) تحت نیروی گریز از مرکز ناشی از دوران و بارگذاری یکنواخت شعاعی در سطوح داخلی و خارجی انجام گرفته است. در حالت FGM خواص ماده شامل مدول یانگ و چگالی در راستای شعاع اسپول متغیر هستند. از تغییرات ضریب پواسون به علت ناچیز بودن بازه تغییرات آن صرف نظر شده است. تنش ها و جابجایی های حاصل برای ماده همگن و ماده FGM با ضرایب غیرهمگن مختلف محاسبه شده است. نتایج نشان می دهند استفاده از ماده ی FGM با ضریب مناسب نسبت به همگن، می تواند منجر به بهبود قابل توجه ضریب اطمینان و کاهش جابجایی ها، کرنش ها و تنش های اسپول مدنظر گردد. از سوی دیگر انتخاب ضریب FGM نامناسب می تواند باعث کاهش ضریب اطمینان و حتی شکست در سازه گردد. برای اسپول خاص بررسی شده، تنش های ایجاد شده در اسپول FGM برای حالتی که ضرایب غیرهمگن منفی در نظر گرفته شده است، کمتر از حالت همگن بوده و باعث شکست سازه می شود، در حالی که ضریب اطمینان هنگام استفاده از ضرایب مثبت نسبت به حالت همگن بهبود و جابجایی ها کاهش یافته است.کلید واژگان: موتور توربین گاز هوایی, کمپرسور محوری, درام اسپول دوار, ماده FGM, تحلیل الاستیکIn this paper, an exact analysis of a axial compressor’s spool of a gas turbine engine has been presented to calculate stresses, strains and displacements. Spool analysis is investigated for both homogeneous and functionally graded material (FGM) states and spool is subjected to centrifugal force and uniform radial loadings at internal and external surfaces. In FGM state, materal properties including Young's modulus and density considered variable along the radius direction. Because the Poisson’s ratio variation ranges are insignificant, it considered constant for all states. Stresses, strains and displacements for both homogeneous and FGM with different non-homogeneous coefficients has been calculated. The results shown that using FGM material with suitable non-Homogeneous coefficient can lead to significant improvement in spool’s safety factor and reduction of displacements, strains and stresses in comparison with homogeneous state. On the other hand, using inappropriate FGM coefficients can lead to safety factor reduction and even structure failure. For particular investigated spool, calculated stresses in FGM with negative coefficients are less than homogeneous state and can cause failure in spool, while improvement in safety factor and displacements reduction observed using FGM with positive coefficients in comparison with homogeneous state.Keywords: Aero gas turbine engine, Axial compressor, rotating spool drum, FGM, Elastic analysis
-
در تونل های باد، برای اندازه گیری 6 مولفه نیرو و گشتاور وارد بر مدل هواپیما از وسیله ای به نام بالانس اندازه گیری استفاده می شود. مجموعه بالانس اندازه گیری، شامل 2 بخش اصلی سازه بالانس و تجهیزات الکترونیکی است. در این تحقیق، برای دستیابی به پیکر بندی مطلوب سازه بالانس، یک مکانیزم با لولاهای انعطاف پذیرطراحی شده است. در روند طراحی ساختار هندسی این مکانیزم، چیدمانی 6 ستون لودسل- لولای انعطاف پذیر به صورت هدفمند انجام شده است. از مزایای این لولای انعطاف پذیرنسبت به لولاهای متداول، عدم وجود لقی و اصطکاک، کم حجم بودن، فشردگی و رفتار خطی آن است. در مکانیزم بالانس، اثر تقابلی مولفه های نیرو و گشتاور بر 6 ستون لودسل- لولا، خطای کوپلینگ ایجاد می کند. هر چقدر خطای کوپلینگ بزرگتر باشد، خطای اندازه گیری مقادیر نیرو و گشتاور نیز افزایش می یابد. یکی از منابع اصلی این نوع خطا مربوط به سازه مکانیزم بالانس بوده و علت آن ناکافی بودن نسبت انعطاف پذیری محوری به جانبی ستون های یاد شده است. هدف این تحقیق، طراحی بهینه مکانیزم انعطاف پذیر به منظور دستیابی به حداقل خطای کوپلینگ سازه ای است. به همین منظور ابتدا قیدهای طراحی لولای انعطاف پذیرو روابط تحلیلی حاکم بر مکانیزم انعطاف پذیراستخراج شده و سپس با تشکیل ماتریس خطای کوپلینگ سازه ای، طراحی بهینه مکانیزم بالانس انجام شده است. برای اعتبارسنجی روابط تحلیلی و بررسی صحت نتایج، مساله با تحلیل المان محدود نیز مقایسه شده است. با ساخت مکانیزم بالانس و اندازه گیری مقادیر نیرو و گشتاور، نتایج نشان می دهد که با کاهش سهم خطاهای کوپلینگ سازه ای لولاها، خطاهای اندازه گیری مقادیر 6 مولفه نیرو و گشتاور بالانس کاهش یافته اند.کلید واژگان: لولای انعطاف پذیر_ لودسل, بالانس, نیرو, گشتاورIn the wind tunnels, the balance measurement instrument is used to measure six components of force and moment on an airplane model. The balance of measurement consists of two parts of the balance structure and electronic equipment. In this research, a mechanism with flexible hinges is designed to achieve the desired configuration of the balance structure. In the process of designing the geometric structure of this mechanism, an effective arrangement has been implemented for the six load cell - flexure columns. The advantages of flexible hinges in comparison to conventional hinges are the absence of friction, compactness and its linear behavior. The reaction effects of the components of force and moment on each six load cell - flexure columns created the coupling errors. One of the main sources of this kind of error is related to the structure of the balance mechanism. The reason for this type of error is the inadequacy of the axial flexibility to the lateral flexibility of the columns. The aim of this research is to optimize the design of the flexible mechanism in order to achieve the minimum coupling error of the structure. For this purpose, hinge design considerations and analytical equations of the flexible mechanism have been extracted. The design of the balance mechanism is optimized by creating a structure coupling error matrix. To validate the analytic equations and results, the problem is compared with the finite element analysis. The results indicated that the measurement errors decrease in the measurement of six components of force and moment of balance.Keywords: Flexible Hinge, Load Cell, Balance, Force, Moment
-
پوسته های تقویت شده ای که بارگذاری غالب بر روی آنها فشاری محوری است به عنوان پنل تقویت شده فشاری شناخته می شوند. این پنل ها دارای کاربرد گسترده ای در سازه های هوافضا می باشند. روش های جاری طراحی برای این نوع سازه ها نیازمند انجام فرایندهای تکراری سعی و خطا می باشد. طراحی بر اساس مفهوم شناسه سازه، یک روش طراحی و تحلیل همزمان است. این روش با دریافت پارامتر کلیدی شناسه سازه و خصوصیات مواد، اندازه دهی کاملی از مقطع پنل تقویت شده فشاری را در یک گام در اختیار طراح قرار می دهد. نتیجه حاصل از روش شناسه سازه یک نتیجه تحلیلی و صریح است. در این مقاله، روش طراحی پنل تقویت شده با مفهوم شناسه سازه با پیکربندی کلی (شامل امکان انتخاب نوع تقویت کننده، امکان طراحی پنل تقویت شده یکپارچه و یا پنل تقویت شده پوسته-استرینگر) مورد بررسی قرار گرفته است. با انجام اصلاحاتی، نتایج روش شناسه سازه به نتایج تحلیل های چرخه ای مرسوم نزدیکتر شده است. نتایج حاصل را می توان به عنوان بهینه سازی اولیه نیز در نظر گرفت. این نتایج با روش های جاری طراحی و روش اجزاء محدود مقایسه شده اند که علی رغم نزدیکی آنها، روش شناسه سازه نتایج محافظه کارانه تری در اختیار می گذارد. این موضوع به علت ماهیت بهینه سازی تقریبی این روش می باشد. این روش علاوه برای اینکه خود می تواند یک طراحی اولیه قابل قبول باشد، به عنوان نقطه شروع طراحی در روش های عددی بهینه سازی نیز قابل استفاده است.
کلید واژگان: پنل تقویت شده فشاری, شناسه سازه, طراحی بهینهCompression stiffened panel are the reinforced skins that are mainly subjected to axial compressive load and widely used in aerospace structures. Iterative design loops are the common methods for this type of structures. Design methodology based on structural index concept is a coupled design and analysis method. In this method detail design of the compression stiffened panel is fully accomplished based on the key parameters of structural index and material properties of the panel. The complete design is obtained in single stagein a analytical and explict manner. In this paper the design methodology of stiffened panel using structural index concept is analyzed that could be applied on selective configuration of compression stiffened panel (including selection of stiffener type and the type of the panel: integral or skin-stringer ones). The results extracted and modified from two different approaches to cope with the results of common iteration methods that currently used in the preliminary sizing of stiffened panel. This procedure could be regarded as a near optimum design and therefore would be more conservative with respect to common methods. Final results of the derived methodology are compared with reported and F.E.M results. The results could be regarded as an acceptable design further more they can be used as appropriate starting point in numerical optimization methods.Keywords: Compression stiffened panel, Structural index, Optimal design
- این فهرست شامل مطالبی از ایشان است که در سایت مگیران نمایه شده و توسط نویسنده تایید شدهاست.
- مگیران تنها مقالات مجلات ایرانی عضو خود را نمایه میکند. بدیهی است مقالات منتشر شده نگارنده/پژوهشگر در مجلات خارجی، همایشها و مجلاتی که با مگیران همکاری ندارند در این فهرست نیامدهاست.
- اسامی نویسندگان همکار در صورت عضویت در مگیران و تایید مقالات نمایش داده می شود.