Dynamic analysis of airplane fuselage under impulsive internal pressure load

Mateusz Widłak

Abstract

Air mode of transport is nowadays the third most-widely used mean of passenger transport in the world. Variety of needs has led to rapid development of aircraft industry. Growth of passenger number using this mean of transport led to situation, when aircrafts became easy targets for terrorists. This work contains dynamic response analysis of small passenger airplane fuselage under impulsive internal pressure increase. Such type of load could be a simulation of shockwave caused by bomb detonation. The first chapter consists of some theoretical introduction. Basic information about finite element method, airplane fuselage, dynamics analysis and used software are presented. In the second chapter simple plate dynamic analysis is performed. This kind of simple geometry gives great view of how the structure behaves under dynamic changing load. After such simulation some expectations, how should more complicated model of fuselage behave, were conducted. Next chapter focuses on preparing finite element model, required to perform analysis. At the beginning the most important issue was to decide what kind of simplifications should be made, comparing to real airplane structure. Then shell model was built in NX and eventually transported to Patran. Later process of building mesh and applying boundary conditions and loads is presented. In chapter no. 4, main fuselage analysis is showed. Firstly, integration time-step is calculated. Then modal analysis is performed. This gives information about natural frequencies and mode-shapes of structure. Finally, transient response analysis is performed for time range of 2 sec. Its output are results of stresses, displacements, velocities and forces. In some cases whole structure fringe results for selected time is presented, in some cases time-distribution results for chosen nodes are created. This chapter ends with result interpretation and conclusions. Rest of the work occupies abstracts in two languages (Polish and English), bibliography and appendix containing dimensions of particular elements of fuselage.
Diploma typeMaster of Science
Author Mateusz Widłak ITLMS
Mateusz Widłak,,
- The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics
Title in PolishAnaliza dynamiczna kadłuba samolotu pod wpływem impulsu wewnetrznego ciśnienia
Supervisor Adam Dacko ITLMS
Adam Dacko,,
- The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics
Certifying unitFaculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Affiliation unitThe Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (IAAM)
Study subject / specializationMechanika i Budowa Maszyn
Languageen angielski
StatusFinished
Defense Date27-03-2013
Issue date (year)2013
Pages78
Internal identifierMEL; PD-2201
Reviewers Adam Dacko ITLMS
Adam Dacko,,
- The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics
, Tomasz Zagrajek ITLMS
Tomasz Zagrajek,,
- The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics
Keywords in Polishmetoda elementów skończonych, samoloty, analiza modalna
Keywords in Englishxxx
Abstract in PolishPowietrzne środki transportu, w dzisiejszych czasach, zajmują trzecią pozycję pod względem ilości przewiezionych pasażerów na świecie. Różnorodność potrzeb dała impuls do szybkiego rozwoju przemysłu lotniczego. Wzrost liczby pasażerów korzystających z tego typu transportu doprowadził do sytuacji, w której samoloty stały się łatwym celem dla terrorystów. Poniższa praca zawiera symulację dynamicznej odpowiedzi w czasie kadłuba małego pasażerskiego samoloru, poddanego nagłemu wzrostowi wewnętrznego ciśnienia. Taki typ obciążenia może odpowiadać fali uderzeniowej, powstałej wskutek detonacji ładunku wybuchowego. Pierwszy rozdział zawiera teoretyczne wprowadzenie do pracy. Zaprezentowane zostały podstawowe informacje o metodzie elementów skończonych, budowie kadłuba samolotu, analizie dynamicznej oraz użytym oprogramowaniu. W drugim rozdziale została przedstawiona typowa analiza dynamiczna prostej płytki. Taki rodzaj prostej geometrii pozwala doskonale zobrazować jak powinna zachowywać się konstrukcja pod działaniem zmiennego w czasie obciążenia. Dzięki przeprowadzeniu powyższej symulacji, otrzymano obraz, jakie powinny być wyniki bardziej skomplikowanej konstrukcji, jaką jest kadłub. W następnym rozdziale skupiono się na przygotowaniu modelu elementów skończonych, potrzebnego do przeprowadzenia analizy. Początkowo najważniejszą kwestią była decyzja, jakiego typu uproszczenia należy zastosować w stosunku do prawdziwej konstrukcji samolotu. Następnie został zbudowany model powłokowy w programie NX i wyeksportowany do programu Patran . Następnie zaprezentowany jest proces budowy siatki oraz nakładania warunków brzegowych oraz obciążeń. W rozdziale nr 4 pokazana jest główna analiza kadłuba. Początkowo dobrany jest odpowiedni krok całkowania. Następnie została przeprowadzona analiza modalna. To pozwoliło uzyskać informacje o częstościach i postaciach własnych konstrukcji. Finalnie została przeprowadzona analiza procesów nieustalonych dla zakresu czasu równego 2 sek. Jego rezultatem są wyniki naprężeń, przemieszczeń, prędkości oraz sił. W niektórych przypadkach zostały przedstawione rozkłady w całej konstrukcji dla konkretnego czasu, w niektórych natomiast przekrój czasowy wyników dla konkretnych węzłów. Ten rozdział kończy się interpretacją wyników oraz wnioskami. Pozostała część pracy zarezerwowana jest dla streszczeń w dwóch językach (polski, angielski), bibliografii oraz dodatku, w którym znajdują się wymiary poszczególnych elementów kadłuba.
File
Widlak_streszczenia.pdf (file archived - login or check accessibility on faculty) Widlak_streszczenia.pdf 166.79 KB
Mateusz_Widlak_MGR.pdf (file archived - login or check accessibility on faculty) Mateusz_Widlak_MGR.pdf 5.07 MB


Back