تحلیل عددی- تجربی آسیب در بال کامپوزیتی تحت خمش

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک، طراحی کاربردی / مجتمع دانشگاهی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، اصفهان

2 عضو هیات علمی / مجتمع دانشگاهی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، اصفهان

3 دانشجوی دکتری هوافضا، سازه / دانشکده علوم و فنون نوین دانشگاه تهران، تهران

4 دانشجوی دکتری مهندسی مکانیک، طراحی کاربردی / دانشگاه یزد، یزد

5 دانشجوی دکتری مهندسی مکانیک، طراحی کاربردی / دانشگاه کاشان، کاشان

چکیده

تحلیل عددی آسیب و تعیین استحکام نهایی سازه‌های بزرگ و در ابعاد واقعی از تحلیل‌های پیچیده و زمان‌بر است. لذا استفاده از مدل آسیب ساده و در عین حال دقیق از اهمیت خاصی برخوردار است. در این تحقیق به آزمایش و تحلیل عددی آسیب در سازه بال کامپوزیتی یک پرنده خاص در مقیاس واقعی در بارگذاری خمشی پرداخته شد. جهت بررسی کامل‌تر نتایج تست، استخراج داده‌های بیشتر در مورد نحوه ایجاد آسیب و همچنین برآورد استحکام سازه، سازه بال با جزئیات سازه‌ای شامل اسپارها و ریب‌ها و همچنین تاثیر پچ‌های اتصال در نرم‎افزار اجزا محدود آباکوس مدل‎سازی شد و مورد تحلیل آسیب با استفاده از زیربرنامه USDFLD قرار گرفت. این زیربرنامه پس از شروع آسیب، خواص مکانیکی را به صورت ناگهانی جهت شبیه‎سازی فرآیند رشد آسیب کاهش می‎دهد. بررسی نتایج تحلیل عددی و تجربی نشان داد که مدل آسیب استفاده شده با دقت مناسب می‌تواند رفتار مکانیکی سازه بال را شبیه سازی کند. از بررسی نتایج مشخص گردید که مدل‌ عددی و سازه کامپوزیتی بال سفتی یکسانی دارند؛ ولی استحکام بال تحلیل شده کمتر از استحکام نهایی مشاهده شده در تست خمش می‎باشد. مقایسه نتایج کرنش سنج‌ها با نتایج حاصل از تحلیل آسیب نیز نشان می‌دهد مدل‌سازی سازه با جزئیات لایه چینی درست انجام شده و مدل آسیب نیز با دقت مناسب در نرم‌افزار اجرایی شده و رفتار سازه را پیش بینی می‌کند. لذا به نظر می‌رسد این مدل آسیب برای تحلیل آسیب سازه‌های کامپوزیتی واقعی و بزرگ با سرعت و دقت مناسب قابل استفاده است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Numerical-experimental analysis of damage in a composite wing structure under bending

نویسندگان [English]

  • Mahdi Jafarpoor 1
  • Abdulreza Kabiri Ataabadi 2
  • Hamid Rabieyan Najafabadi 3
  • Amin Gharaei 4
  • Hosein Nejat Bakhsh 5
1 Complex of Mechanics of Malek Ashtar University of technology
2 Complex of Mechanics of Malek Ashtar University of Technology, Isfahan, Iran.
3 Department of Science and Recent Technology of Tehran University
4 Group of Applied Design of Allameh Naeini University
5 Group of Design and Structure of Department of Technical and Engineering of Golpayegan University
چکیده [English]

Numerical analysis of damage of large structures in real dimensions is a complex and time-consuming analysis. Therefore, it is important to use a simple and accurate damage model. In this research, the test and numerical analysis of damage in the composite wing structure of an airplane in real scale in bending loading was done. For a more complete review of the test results, extracting more data about the way of causing damage and also estimating the strength of the structure, the wing structure including spars and ribs, as well as the effect of fabric patches in the finite element software ABAQUS was modeled and subjected to damage analysis using USDFLD subroutine. After the initiation of damage, this subroutine reduces the mechanical properties suddenly. Examining the results of numerical and experimental analysis showed that the used damage model can accurately simulate the mechanical behavior of the wing structure. From the results, it was found that the numerical model and the composite wing structure have the same stiffness; but the strength of the analyzed wing is lower than the final strength observed in the bending test. Comparing the results of the strain gauges with the results of the analysis also shows that the modeling of the structure with the  layup details is done correctly and the damage model is implemented with appropriate accuracy in the software. Therefore, it seems that, this damage model can be used for damage analysis of real and large composite structures with appropriate speed and accuracy

کلیدواژه‌ها [English]

  • Composite wing
  • Bending test
  • Strain gauge
  • Damage analysis
  • Finite element

مراجع

[1] M. Karal, AST Composite Wing Program: Executive Summary, 2001.
[2] R.W. Sullivan, et al., Structural Analysis and Testing of an Ultralight Unmanned-Aerial-Vehicle Carbon-Composite Wing, Journal of aircraft, 2009. 46(3): p. 814-820.
[3] J. D. Gaunt, J. C. Flores, and V.A. Perry, Design, Fabrication, Structural Testing, and Numerical Analysis of a Small Scale Composite Wing, 2010.
[4] C. Bibin, M.J. Selvaraj, and S. Sanju, Flutter Analysing over an Aircraft Wing during Cruise Speed. Procedia Engineering, 2012. 38: p. 1950-1961.
[5] R. Bruce, J. Rose and S. Priyadharshini, Initial and Progressive Failure Analysis of a Composite Wing Spar Structure, Journal of Mechanical Engineering, 2017. 14(2): p. 167-183.
[6] C. Fleuret, A. Andreani, E. Laine, J. Grandidier, S. L’ Heritier, A. Gorge, Complex Wing Spar Design in Carbon Fiber Reinforced Composite for a Light Aerobatic Aircraft, Mechanics & Industry, 2016. 17(6): p. 614, DOI: 10.1051/meca/2016032.
[7] K. Yang, L. Zhange, S. Ji, Y. Yue, W. Ji, Static Testing and Analysis of Composite Wing of a Two-Seater Aircraft Powered by Li-Ion Battery Electric Propulsion, Advanced Composites Letters, 2016. 25(6): p. 096369351602500601.
[8] V. Pourabdollah, F. Haji Aboutalebi, H. Beheshti, H. Rabieian, Comparison of Three Composite Failure Criteria, Using Airfoil Loading Test, Mechanical Engineering, 2018. 48(2): p. 55-64 (In Presian فارسی).
[9] C. Bisagni. Comparison of Numerical Analyses of a Composite Wing Component Subjected to 4-point Bending, 2022.
[10] D. Raymer, Aircraft Design: A Conceptual Approach, Sixth Edition, 2018.
[11] S. Mokhtari, H. Rabieean, S. Yousefi, B. Shahriari, The Design of the Loading Tree for Constructing the Wing with Consideration of Simulation Error Considerations, 10th Conference on Recent Research in Science and Technology, 2017.
[12] W. G. Wei, Static Tensile Properties Simulation of Plane Woven-Reinforced Laminates with Hole Damage. Advanced Materials Research, 2014. Trans Tech Publ.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار