بررسی عددی و تجربی اتصال فلنج به جان اسپارهای بال کامپوزیتی یک شناور پرنده

رجبی, ایرج; شهبازی, بیژن; همتیان, محمد رحیم

بررسی عددی و تجربی اتصال فلنج به جان اسپارهای بال کامپوزیتی یک شناور پرنده

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

ایرج رجبی ¹

بیژن شهبازی ²

محمد رحیم همتیان ³

¹ دانشگاه صنعتی مالک اشتر

² کارشناس ارشد مکانیک دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه شیراز

³ استاد تمام دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه شیراز

چکیده

بال یک شناور پرنده علاوه بر فشارهای آیرودینامیک تحت نیروهای ترکیبی هیدوردینامیک از طرف اسکی( ناشی از نشست و برخاست روی دریا) نیز می باشد. در حالت نشست نامتقارن، گشتاور خمشی اعمالی به اسپارهای بال یکی از مهمترین حالت های بارگذاری در طراحی سازه اسپار بال می باشد. در بال کامپوزیتی، بحرانی ترین بخش آن، اتصال فلنج به جان اسپار می باشد. در مدل‌سازی المان محدود بال کامپوزیتی واقعی که از تعدادی اسپار، ریب و اعضای دیگر تشکیل شده‌اند، اتصال فلنج به جان اسپار، به صورت ساده و بدون مدل‌سازی جزییات اتصال انجام می‌شود. در شبیه سازی تیر ساده، از تعداد شبکه و گره خیلی کمتری نسبت به شبیه ‌سازی کامل استفاده می‌شود و نحوه اتصال فلنج به جان تیر مدل سازی نمی‌شود، لذا می بایست استحکام المان اتصال دهنده و نحوه طراحی و محاسبه رفتار آن مشخص شود. در این تحقیق، تحلیل اجزاء محدود اسپارهای بال یک شناور پرنده با سطح مقطعI با هندسه‌های متفاوت تحت انواع بارگذاری (مطابق استاندارد) برای حالت‌های مختلف عملکردی، انجام می‌شود. پس از آن بر اساس نتایج حاصل از تحلیل عددی، قواعد و دستورالعمل های کلی و ساده طراحی در خصوص نحوه اتصال فلنج به جان این اسپارها ارائه می شود. در پایان جهت صحه گذاری نتایج المان محدود، ساخت و آزمون یک نمونه تجربی نیز انجام گردیده است که مقایسه نتایج نشان دهنده تطابق بسیار خوبی می باشد.

کلیدواژه‌ها

روش المان محدود

تیر کامپوزیتی

عضو اتصال

جان

فلنج

20.1001.1.24767131.1401.8.2.11.1

موضوعات

هیدرودینامیک

عنوان مقاله English

Numerical and experimental investigation of the flange connection to the composite wing spars of a flying boat

نویسندگان English

Iraj Rajabi ¹

Bijan Shahbazi ²

Mohammad Rahim Hematiyan ³

¹ Faculty of Naval Aviation.Malek -Ashtar University of Technology

² Mechanical Engineering, Shiraz University, Shiraz

³ Professor, School of Mechanical Engineering, Shiraz University, Shiraz, Iran

چکیده English

In addition to aerodynamic pressures, the wing of a flying boat is also subjected to combined hydrodynamic forces from the ski side (caused by landing and takeoff on the sea). In the asymmetric seating mode, the bending moment applied to the wing spars is one of the most important loading modes in the design of the wing spar structure. In the composite wing, the most critical part is the connection of the flange to the spar. In the finite element modeling of the real composite wing, which consists of a number of spars, ribs and other members, the connection of the flange to the web is done in a simple way without modeling the details of the connection.
In this research, the finite element analysis of the wing spars of a flying boat with cross section I with different geometries under different types of loading (according to the standard) for different functional modes is performed. then, based on the results of the numerical analysis, general and simple design rules and guidelines are presented regarding how to connect the flange to the web of these spars.
At the end, in order to validate the results of the finite element, an experimental sample has been built and tested, and the comparison of the results shows a very good match.

کلیدواژه‌ها English

Finite Element Method

Composite Spar

Connection member

Web

[1] Mines RA, Alias A. Numerical simulation of the progressive collapse of polymer composite sandwich beams under static loading. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2002 Jan 1;33(1):11-26.

[2] Daniel IM, Gdoutos EE, Wang KA, Abot JL. Failure modes of composite sandwich beams. International journal of damage mechanics. 2002 Oct;11(4):309-34.

[3] Toftegaard H, Lystrup A. Design and test of lightweight sandwich T-joint for naval ships. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2005 Aug 1;36(8):1055-65.

[4] Li HC, Dharmawan F, Herszberg I, John S. Fracture behaviour of composite maritime T-joints. Composite Structures. 2006 Sep 1;75(1-4):339-50.

[5] Valenza A, Fiore V, Calabrese L. Three-point flexural behaviour of GFRP sandwich composites: A failure map. Advanced Composite Materials. 2010 Jan 1;19(1):79-90.

[6] Nimje SV, Panigrahi SK. Design and analysis of functionally graded adhesively bonded double supported tee joint of laminated FRP composite plates under varied loading. Journal of Adhesion Science and Technology. 2015 Sep 17;29(18):1951-70.

[7] Thorsson SI, Xie J, Marek J, Waas AM. Matrix crack interacting with a delamination in an impacted sandwich composite beam. Engineering Fracture Mechanics. 2016 Sep 1;163:476-86.

[8] Taheri-Behrooz F, Mansouri Nik M. Experimental and numerical analysis of sandwich composite beams under four-point bending. Modares Mechanical Engineering. 2017 Mar 10;17(1):241-52.

[9] Kreja I. A literature review on computational models for laminated composite and sandwich panels. Open Engineering. 2011 Mar 1;1(1):59-80.

[10] Cao J, Grenestedt JL. Design and testing of joints for composite sandwich/steel hybrid ship hulls. Composites Part A: Applied science and manufacturing. 2004 Sep 1;35(9):1091-105.

[11] Hughes TJ, Cottrell JA, Bazilevs Y. Isogeometric analysis: CAD, finite elements, NURBS, exact geometry and mesh refinement. Computer methods in applied mechanics and engineering. 2005 Oct 1;194(39-41):4135-95.

[12] Kaw AK. Mechanics of composite materials. CRC press; 2005 Nov 2.

[13] Ćurković L, Bakić A, Kodvanj J, Haramina T. Flexural strength of alumina ceramics: Weibull analysis. Transactions of FAMENA. 2010;34(1):13-8.

[14] Standard, A.S.T.M., 2000. C393 Standard test method for flexural properties of sandwich constructions. ASTM C393-00. ASTM International; Philadelphia. 2000;19103.