چرا شبیه سازی عددی برخورد پرنده به هواپیما بهتر از تست است؟

• هوافضا

چرا شبیه سازی عددی برخورد پرنده به هواپیما بهتر از تست است؟

در گذشته ، تنها راه تعیین اینکه آیا قطعات کامپوزیتی هواپیما می‌توانند در برابر برخورد و اصابت پرنده مقاومت کنند، استفاده از آزمایش‌های فیزیکی وقت گیر بوده است.

اکنون مهندسان با شبیه‌ سازی عددی برخورد پرنده باعث صرفه‌جویی در زمان و هزینه طراحی و هزاران دلار در هر تست از قطعات کامپوزیت هواپیما می‌شوند.

تاریخچه کوتاه

در سال 2014، به دلیل برخورد پرنده به هلیکوپتر HH-60G Pave Hawk در طی یک ماموریت آموزشی در نورفولک چهار پرسنل نیروی هوایی ایالات متحده، در اثر سقوط هلیکوپتر جان خود را از دست دادند.

هیئت تحقیقات حوادث ایالات متحده دریافت که این تصادف ناشی از پرواز غازها و برخورد آنها به شیشه جلوی هلیکوپتر بوده است.

40 میلیون دلار خسارت

نتیجه این کار ، یک برخورد کنترل نشده به زمین ، تخریب یک هلیکوپتر 40 میلیون دلاری آمریکا و از بین رفتن زندگی افراد بود.

به گفته سرویس بازرسی بهداشت حیوانات و گیاهان وزارت کشاورزی ایالات متحده (APHIS) ، برخورد پرندگان به بالگردهای نظامی و غیر نظامی از سال 1990 منجر به  کشته شدن 11 تن و  مصدومیت 61 نفر شده است.

نرم افزار

در تلاش برای محافظت از خدمه و مسافران در برابر خطرات حملات پرندگان ، مقامات نظارتی از جمله اداره هواپیمایی فدرال (FAA) و آژانس ایمنی حمل و نقل هوایی اروپا (EASA) مقرراتی در مورد توانایی بالگردها برای در امان ماندن از حملات پرندگان صادر کرده‌اند.

آزمایش فیزیکی گران است

صدور مجوز برخورد پرنده فرایندی وقت‌گیر و گران‌قیمت بوده است، زیرا تنها راه تعیین اینکه آیا یک قطعه می‌تواند در برابر برخورد مقاومت نماید، آزمایش فیزیکی است.

معمولاً آزمایش‌ها چندین بار باید تکرار شوند و در صورت نیاز باید طراحی‌های جدیدی انجام شود.

کاهش هزینه و زمان

شرکت HAL با استفاده از ANSYS Composite PrepPost و ANSYS Autodyn برای شبیه‌سازی دقیق برخورد پرنده ، زمان و هزینه صدور مجوز را به میزان قابل توجهی کاهش داده است.

شبیه‌سازی امکان تعیین کارآمدی طراحی مناسب را فراهم می‌سازد به گونه‌ای که در هر قطعه فقط یک آزمایش لازم است.

مواد و مصالح

اجزای مورد نیاز برای صدور مجوز در هلیکوپترهای مدرن مانند تثبیت کننده‌های افقی و صفحات انتهایی ، به طور معمول از کامپوزیت‌های تقویت شده با الیاف ساخته شده‌اند.

شبیه‌سازی برخورد پرندگان امری دشوار است زیرا در زمان کوتاهی اتفاق می‌افتند و باعث تغییر شکل بزرگ در مواد می‌شوند. پیچیدگی با مدل سازی مواد کامپوزیتی که شامل لایه های بی شماری است، افزایش می‌یابد که هرکدام دارای مواد ، الیاف ، ضخامت و جهت گیری خاص خود هستند.

شبیه سازی عددی

شبیه سازی برخورد پرنده شامل یک هندسه ایده آل است که به یک صفحه صاف برخورد می کند. پرنده به عنوان یک استوانه با انتهای مسطح و به عنوان استوانه ای با انتهای نیم کره مدل می شود.

پرنده ای که در سرعت بالا برخورد می کند، به عنوان یک پرتابه بسیار تغییر شکل پذیر و دارای مقاومت بسیار پایین تر از مقاومت پایدار رفتار می کند.

در نتیجه و همچنین به دلیل اینکه چگالی گوشت نزدیک به چگالی آب است ، می توان  آن را به عنوان یک توده آب که به هدف اصابت می کند، در نظر گرفت.

حلگر Autodyn

تجزیه و تحلیل با حلگر Autodyn با استفاده از روش هیدرودینامیک ذرات هموار (SPH) انجام شد تا از بروز مشکلات عددی مرتبط با اعوجاج گسترده مش جلوگیری شود.

نتایج به دست آمده با آنالیز فشارهای ضربه ای محاسبه شده با استفاده از تئوری هیدرودینامیکی انطباق خوبی دارد.

شبیه سازی دقیق آزمون های صدور مجوز نیاز به مدل سازی ساختارهای کامپوزیت پیچیده دارد. از ANSYS Composite PrepPost برای تعیین تعداد لایه ها و شکل ، ضخامت و جهت گیری هر لایه استفاده می شود.

تست استاندارد

تست های فشرده سازی بر روی نمونه های مربعی مطابق با استانداردهای ASTM برای تعیین خواص هسته انجام می شود. تعاریف کامپوزیت سپس به مدل المان محدود منتقل می شود.

خواص مواد برای هر لایه کامپوزیت با یک مدل ماده در کتابخانه کامپوزیت ANSYS ، با معیارهای مناسب شروع آسیب و تکامل آسیب تعریف می گردد.

حلگر لاگرانژ

پردازش بیشتر در ANSYS Explict STR انجام می شود. تعاریف کامپوزیت از ANSYS Composite PrepPost یکپارچه از طریق ANSYS Workbench به Autodyn انتقال می یابد.

در هر یک از المان ها ، حلگر لاگرانژ مکان مدل ماده را گرفته و در هنگام اعمال نیرو، تغییر شکل آن را بررسی می کند. شبیه سازی دقیق پارامترهای اصلی آزمون و همچنین محل آسیب و اندازه خرابی به این ترتیب محاسبه و پیش بینی می شود.

کنترل پاسخ مکانیکی

حالت خرابی در فواصل زمانی مختلف نیز با نتایج آزمون مطابقت دارد. در مراحل اولیه ضربه ، پاسخ مکانیکی ساختار کامپوزیت توسط چسب بین الیاف و رزین کنترل می شود.

در مراحل میانی ضربه ، هنگامی که موج شوک به ناحیه میان لایه ای می رسد ، یک ناحیه فشار منفی شروع به توسعه در پشت صفحه می کند ، و باعث کششی الیاف در این منطقه می شود.

از اینکه تا انتهای این مقاله ما را همراهی کردید بسیار سپاسگزاریم.

منبع: انسیس

خدمات و منتورینگ بنوموسی

شرکت بنوموسی با ارائه جلسات منتورینگ آباکوس راهنمای شما عزیزان در جهت رفع و بهبود ایرادات فنی و مهندسی پروژه های صنعتی و دانشجوی تان در زمینه مدل‌سازی، تحلیل، و صحت‌سنجی نتایج می باشد. این جلسات به صورت آنلاین و حضوری برگزار می‌شود و نیم ساعت اول رایگان است. برای اطلاعات بیشتر و رزرو وقت، از صفحه منتورینگ اباکوس ما دیدن کنید.

برای استفاده از خدمات شبیه‌سازی و مشاوره رایگان ما، کافی است با ما تماس بگیرید. ما در تمام مراحل پروژه کنار شما هستیم تا بهترین نتایج را به‌دست آورید.

برای کسب اطلاعات بیشتر و دریافت منتورینگ ، لطفاً با ما تماس بگیرید یا از وب‌سایت Banumusagr بازدید کنید. تیم ما آماده است تا شما را در دستیابی به نتایج مطلوب در تحلیل‌های عددی و شبیه‌سازی‌های مهندسی یاری کند.

راه های ارتباطی با شرکت بنوموسی :

TELEGRAM : https://t.me/BanuMusaGr

ایمیل: info@BanuMusaGr.com

تلفن همراه:  388 20 55 0915

تلفن:  35424520– 51 (98+)

آدرس: مشهد – کیلومتر 12 بزرگراه آسیایی (جاده قوچان)- جاده شهرک صنعتی توس- شهرک فناوری صنایع غذایی و بیوتکنولوژی شمال شرق- معاونت صنایع کوچک- مرکز خدمات.