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

آگوست, 2019 بدون نظر هوافضا

برخورد پرندهدر گذشته ، تنها راه تعیین اینکه آیا قطعات کامپوزیتی هواپیما می توانند در برابر برخورد و اصابت پرنده مقاومت کنند، استفاده از آزمایش های فیزیکی وقت گیر بوده است. اکنون مهندسان با شبیه سازی برخورد پرنده باعث صرفه جویی در زمان و هزینه طراحی و هزاران دلار در هر تست از قطعات کامپوزیت هواپیما می شوند.

تاریخچه کوتاه

در سال 2014، به دلیل برخورد یک 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. 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 غیر 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 کرده اند. صدور مجوز برخورد پرنده فرایندی وقت گیر و گران قیمت بوده است، زیرا تنها راه تعیین اینکه آیا یک قطعه می تواند در برابر برخورد مقاومت نماید، آزمایش فیزیکی است. معمولاً آزمایشها چندین بار باید تکرار شوند و در صورت نیاز باید طراحی های جدیدی انجام شود. شرکت HAL با استفاده از ANSYS Composite PrepPost و ANSYS Autodyn برای شبیه سازی دقیق برخورد پرنده ، زمان و هزینه صدور مجوز را به میزان قابل توجهی کاهش داده است. شبیه سازی امکان تعیین کارآمدی طراحی مناسب را فراهم می سازد به گونه ای که در هر قطعه فقط یک آزمایش لازم است.

مواد و مصالح

اجزای مورد نیاز برای صدور مجوز در هلیکوپترهای مدرن مانند تثبیت کننده های افقی و صفحات انتهایی ، به طور معمول از کامپوزیت های تقویت شده با الیاف ساخته شده اند. شبیه سازی برخورد پرندگان امری دشوار است زیرا در زمان کوتاهی اتفاق می افتند و باعث تغییر شکل بزرگ در مواد می شوند. پیچیدگی با مدل سازی مواد کامپوزیتی که شامل لایه های بی شماری است ، افزایش می یابد 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. 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 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. 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.

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.

 

منبع: انسیس

تگ ها

ارسال نظر شما

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

×

Hello!

Click one of our representatives below to chat on WhatsApp or send us an email to info@banumusagr.com

سلام، مسئول مربوطه را انتخاب کنید تا هم اکنون در واتساپ شما را راهنمایی کند. یا با شماره 05135424520 تماس بگیرید.

×