Optimization of types, numbers and locations of sensors and actuators used in modal analysis of aircraft structures using genetic algorithm
Uçak yapılarının modal analizlerinde kullanılacak algılayıcı ve uyarıcıların tip, adet ve konumlarının genetik algoritma ile optimizasyonu
- Tez No: 463597
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MELİN ŞAHİN, DOÇ. DR. ERDEM ACAR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Havacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 150
Özet
Uçak yapıları gerçek çalışma koşulları altında dinamik yüklere maruz kalmakta ve bu nedenle tasarımlarının yapılabilmesi için dinamik özelliklerinin belirlenmesi gerekmektedir. Yapının dinamik özellikleri sonlu elemanlar yöntemi gibi benzetim tabanlı yöntemler kullanılarak tahmin edilebileceği gibi, deneysel modal analizi (DMA) teknikleri uygulanarak da belirlenebilir. Bir DMA sisteminin yapının dinamik performansı üzerinde olumsuz etkisinin olmaması için, bu sistemin hafif ve güvenilir olması gerekmektedir. Ayrıca, yapının dinamik karakteristiklerinin en doğru şekilde belirlenebilmesi için, sistemdeki algılayıcıların ve uyarıcının yapıya optimum şekilde yerleştirilmiş olması gerekmektedir. Literatürde DMA sistemlerindeki algılayıcıların yapıya optimum şekilde yerleştirilmesi üzerine birçok çalışma bulunmaktadır. Bu çalışmalarda çoğunlukla algılayıcı/uyarıcı verilerindeki hataların en küçültülmesi amaçlanmış olup, çoğunlukla algılayıcı tipleri önceden belirlenerek adetleri ve konumları optimize edilmiştir. Ancak, proje yöneticisinin ve araştırmacısının bilgisi dahilinde, bir DMA sistemindeki algılayıcıların tiplerinin, adetlerinin ve konumlarının eşzamanlı olarak belirlenmesi üzerine bir çalışma bulunmamaktadır. Bu projede, DMA sistemlerindeki algılayıcıların tiplerinin, adetlerinin ve konumlarının eşzamanlı optimizasyonu gerçekleştirilecek, böylelikle literatürdeki kritik bir boşluk dolduracaktır. Ayrıca, literatürdeki çalışmalarda, optimizasyon problemindeki amaç fonksiyonu algılayıcı/uyarıcı verilerindeki hatayı karakterize eden bir metrik olup, bu hata metriğinin en küçüklenmesi amaçlanmıştır. Bu projede, amaç fonksiyonu olarak hem algılayıcı/uyarıcı verilerindeki hata hem de algılayıcı/uyarıcı maliyeti kullanılmak üzere Pareto eniyi tasarımlar elde edilerek literatüre katkıda bulunulacaktır. Projede karmaşıklık derecesi giderek artan uçak yapıları ele alınacak, bu yapıların dinamik özelliklerinin belirlenmesinde kullanılan DMA sistemindeki algılayıcıların/uyarıcıların adetleri, tipleri ve konumları eşzamanlı olarak optimizasyon yöntemleriyle belirlenecektir. Yapının dinamik özellikleri MSC/Nastran sonlu elemanlar programları ile belirlenecektir. Optimizasyon probleminin çözümünde MATLAB Global Optimizasyon Araç kutusu içindeki çok-amaçlı genetik algoritma MOGA çözücüsü kullanılacaktır. Elde edilen optimizasyon sonuçları deneysel modal analiz yapılarak da doğrulanacaktır.
Özet (Çeviri)
Aircraft structures are exposed to dynamic loads under service conditions and therefore, it is necessary to determine their dynamic characteristics. Dynamic characteristics of a structure can be determined using simulation-based methods such as finite element analysis (FEA) or test-based methods such as experimental modal analysis (EMA). In order to perform an EMA with reliable and high quality results, test equipment must be lightweight and have high accuracy. In addition, the sensors and actuators must be positioned in an optimum pattern to extract dynamic characteristics (e.g., natural frequencies, mode shapes) of structure as correct as possible. In this study, a trapezoidal fin-like structure and an Unmanned Aerial Vehicle (UAV) wing are used as test structures, and it is aimed to find the optimum locations, types and numbers of transducers used in modal test which result in minimum mass loading error in natural frequency predictions, minimum mode shape observability error, minimum exciter errors (double hit with impact hammer and shaker-structure interaction with modal shaker) and minimum total sensor and actuator cost using a multi-objective optimization approach. The multi-objective genetic algorithm (MOGA) solver of the Global Optimization Toolbox in MATLAB is utilized to solve optimization problem. MSC©NASTRAN finite element solver is utilized to predict dynamic characteristics the structure. It is found that minimization of the mass loading error is achieved by locating the sensors near areas with minimum modal constant in all modes of interest and near clamped region of structures. It is also found that minimization of mode shape observability error is obtained by locating the sensors to the points with large displacements and avoiding nodal lines. With the inclusion of the optimum driving point error, the optimization results for the total error are also presented and validated with the experimental modal analyses.
Benzer Tezler
- Molecular communications: Novel relaying schemes and molecular beamforming
Moleküler iletişim: Yeni aktarma şemaları ve moleküler hüzme oluşturma
JOANA ANGJO
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERTUĞRUL BAŞAR
PROF. DR. ALİ EMRE PUSANE
- Model tabanlı adaptif LMS hüzmeleme tasarımı ve FPGAüzerinde gerçeklenmesi
Model-based design and FPGA implementation of adaptive LMS beamforming
EŞREF TEMEL
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TUFAN COŞKUN KARALAR
- Hava kirliliği konusunda çevre bilgi sistemi tasarımı ve gerçekleştirilmesi pilot projesi
Design of an information system about air pollution
HARUN İYİDİKER
- A localization mechanism method in IoT using grasshopper optimization algorithm and DVHop algorithm
Başlık çevirisi yok
SHAKIR MAHMOOD AL JANABI
Doktora
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiAltınbaş ÜniversitesiElektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SEFER KURNAZ
- A vibration-based damage detection algorithm for bridge type structures
Köprü tipi yapılar için titreşim tabanlı bir hasar tespit algoritması
AHMED AL-QAYYIM
Doktora
İngilizce
2017
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Yapı ve Altyapı Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. BARLAS ÖZDEN ÇAĞLAYAN