Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Preparing model and strength- stiffness analysis of composite version sailplane ULF-1

Mateusz Sambor

Abstract

Subject of this thesis is stress-strain calculation of composites version ultralight sailplane ULF-1. Modification of the structure is changing spruce and plywood elements using fiberglass composites. This glider was design on 70’ when composites was not so popular. The main goal of this thesis is to compare old type of construction with new modified one. Comparison is going to affect cost and weight of construction. First stage presents usual types of loads in aviation (chapter two). Next is placed description of the methods used in calculation for this type of structure. Fourth chapter shows quick introduction to Finite Element Method and FEM analysis of sailplane ULF-1 wing. First case of analysis was prepared based on original documentation created in design office Reich&Neuman. Calculation was made using Finite Element Method with modern software usually using in aviation. Glider geometry was designed using NX unigraphics 8.5. In the second step this geometry was simplified in order to make FEM mesh. In the next step, necessary to continue structural analysis, was making computational fluid dynamics with ANSYS Fluent tool. Boundary conditions was set to reflect the worst fly time described by coefficient located in technical documentation. To improve calculations, it was calculated only half model. Pressure maps was adding to structural analysis like a loads. To simplified in analysis was used Beam and shell elements. This type of element allows to reduce calculation time. In the next step staidness analysis using structural results was made. The last part of the calculations was related with searching shear center. It was made by adding force in different nodes and compare displacement of two extreme nodes. Second case was prepared based on first one but some beams elements was changed. All loads were the same as at firs case. New beam used new composite material model and new section. Both calculations were compared on chapter five, where also are all comments about results
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Mateusz Sambor (FPAE) Mateusz Sambor,, Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Title in Polish
Projekt i obliczenia wytrzymałościowo-sztywnościowe kompozytowej wersji szybowca ULF-1
Supervisor
Dominik Głowacki (FPAE/IAAM) Dominik Głowacki,, The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Certifying unit
Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Affiliation unit
The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)
Study subject / specialization
, Mechanika i Budowa Maszyn
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
27-09-2016
Issue date (year)
2016
Pages
63
Internal identifier
MEL; PD-3818
Reviewers
Dominik Głowacki (FPAE/IAAM) Dominik Głowacki,, The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE) Adam Dacko (FPAE/IAAM) Adam Dacko,, The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Keywords in Polish
Szybowiec, ULF-1, MES, Kompozyt
Keywords in English
Sailplane, Glider, ULF-1, FEM, Composite
Abstract in Polish
Tematem niniejszej pracy jest badanie wytrzymałoścowo-sztywnościowe zmodyfikowanej wersji ultralekkiego szybowca ULF-1. Modyfikacja konstrukcji polega na zastąpieniu części elementów takich jak żebra czy wręgi kompozytowymi prętami z włókna szklanego . Ze względu na rok produkcji szybowca takie rozwiązanie nie było brane pod uwagę w pierwotnym projekcie a obecny rozwój tej grupy materiałowej daje duże możliwości rozwoju. Celem pracy jest porównanie pierwotnej konstrukcji opartej głownie na różnych rodzajach drewna lotniczego z wersją wzbogaconą o kompozytowe elementy. Oba projekty będą porównywane pod względem wytrzymałości w ekstremalnych warunkach lotu ale również pod względem kosztów wytworzenia. Na podstawie dokumentacji technicznej wykonano model 3D szybowca W pierwszym etapie pracy zostaną przedstawione podstawowe obciążenia spotykane przy analizie struktur lotniczych (rozdział 2). W następnej części opisane zostały typowe sposoby badania wytrzymałościowego elementów szybowca. Czwarty rozdział zawiera krótki wstęp do metody elementów skończonych oraz wykonane obliczenia dla skrzydła szybowca ULF-1 przy użyciu tej metody. Pierwszy przypadek obliczeniowy zrealizowany został dla modelu oryginalnego stworzonego na podstawie dokumentacji powstałej w biurze projektowym Reich&Neuman. Do analizy problemu została wykorzystana metoda elementów skończonych przy użyciu najnowocześniejszych programów wykorzystywanych w przemyśle lotniczym. Model szybowca wykonano w oprogramowaniu NX Unigraphics 8.5. Następnie powstała geometria została uproszczona na potrzeby badania opływu. Drugim etapem analizy było wykonanie obliczeń CFD przy użyciu pakietu ANSYS FLUENT. Warunki lotu zostały dobrane tak aby na konstrukcje działał maksymalny współczynnik obciążenia odczytany z dokumentacji technicznej. Dla przyspieszenia obliczeń analizie zostało poddane jedynie skrzydło które jest elementem najbardziej obciążonym i najbardziej narażonym na zniszczenie. Otrzymane w tym procesie ciśnienia na powierzchniach nośnych posłużyły w kolejnym etapie za obciążenia w analizie strukturalnej. Jako uproszczenie analizy zastosowano elementy belkowe oraz elementy typu shell. Siatkę strukturalną obciążono ciśnieniami otrzymanymi w analizie CFD oraz wykonano obliczenia strukturalne. Następnie wykorzystując obliczenia strukturalne wykonano analizę stateczności. W ostatnim etapie zbadano środek sił poprzecznych dla danej uproszczonej struktury. Analiza dla przypadku drugiego przebiegała identycznie jak dla pierwszego. Obciążenia od opływu pozostały takie same, ponieważ zmiany konstrukcji występują jedynie w wewnętrznej strukturze. Zmiana nastąpiła w momencie deklarowania własności materiałowych oraz kształtu wymienionych elementów. Oba przypadki zostały porównane ze względów wytrzymałościowych oraz cenowych w rozdziale piątym gdzie również znajduje się podsumowanie wraz z wyciągniętymi wnioskami.
File
  • File: 1
    Mateusz_Sambor_Praca.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 13772

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUT84fa1c85278948eeb44805ff59fa8074/
URN
urn:pw-repo:WUT84fa1c85278948eeb44805ff59fa8074

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page