Geri Dön

Investigation of the effect of different modal analysis methods on flutter speed calculation

Farklı modal analiz yöntemlerinin çırpınma hızı hesabı üzerindeki etkisinin incelenmesi

PDF İndir

  1. Tez No: 637407
  2. Yazar: BİLGEHAN ŞEREF
  3. Danışmanlar: PROF. DR. VEDAT ZİYA DOĞAN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Uçak Mühendisliği, Aircraft Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2020
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Uçak ve Uzay Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 169

Özet

Günümüzde modern hava araçlarının gelişmesinde yapının esnekliğinin büyük bir önemi vardır. Yapıdaki esnekliğin arttırılmasıyla aeroelastik etkiler tasarım sürecinde daha büyük bir öneme sahip olmuştur. Bu yüzden modern havacılıkta büyük bir aeroelastik problem olan çırpınma durumu sertifikasyon sürecinde büyük bir öneme sahiptir. Böylece çırpınma hızını bulma çalışmaları tasarım fazının en başından dikkate alınır. Ayrıca uçağın tasarımın en başından itibaren aeroelastik olarak kararlı bir yapıya sahip olması tasarımın ileriki aşamalarında olası problemleri engelleyerek zamandan ve maliyetten tasarruf edilmesini sağlar. Bütün bu süreçler göz önüne alınırsa, konsept tasarım fazında çırpınma hızının belirlenmesi büyük önem arz eder. Çünkü flutter hızı hesabının tasarım fazındaki etkisi önemli boyutlandırma çalışmaları açısından önemlidir. Modern havacılıkta hava aracının sağladığı güven ve hava aracının hafif olması önemli iki kriterdir. Hava aracının bu kriterleri sağlaması tasarımın ilk safhalarından son safhalarına kadar tasarımı etkileyen parametrelerin tasarım sürecine olan etkisi dikkate alınarak başarılır. Bu parametrelerin ve bu parametrelerin flutter hızı hesabı üzerindeki etkileri bu tezde incelenmiştir. Tez çalışmasının ilk aşamasında konsept tasarım aşamasında yapının çırpınma hızını değerlendirmek için yapıyı iki boyutlu iki serbestlik dereceli ve iki boyutlu üç serbestlik dereceli olarak temsil eden ve akabinde bu iki boyutlu modelin çırpınma hızını bulmak için k methodu ve klasik çırpınma metodu kullanılmıştır. İki boyutlu, iki serbestlik dereceli yapılar için literatür araştırması sonucu elde edilen klasik yöntem ve k metodu açıklanmıştır. Bu iki metod kullanılırken aerodinamik yükler Theodorsen'in geliştirdiği formüller kullanılarak elde edilmiştir. İki boyutlu , üç serbestlik dereceli yapılar için literatür araştırması sonucu elde edilen k metodu açıklanmıştır. Aynı şekilde bu metodda kullanılan aerodinamik yük hesabında Theodorsen'in geliştirdiği formüller kullanılıyor. Theodorsen, aerodinamik yüklerin hesabında standart strip teoriyi kullanmıştır. İki boyutlu iki serbestlik dereceli ve iki boyutlu üç serbestlik dereceli modeller için analitik yöntem geliştirilmiştir. Tasarım fazında kullanılmak üzere bu yöntemler MATLAB ticari yazılım programı kullanılarak hesaplamalarda zamandan ciddi tasarruf elde edilmiştir. Geliştirilen bu analitik yöntemler literatürden gelen problemler üzerinde uygulanarak tutarlı sonuçlar verdiği ispatlanmıştır. Detay tasarım fazına geçmeden önce yapının flutter hızını hesaplamak için kullanılabilecek araç bu şekilde elde edilmiştir. Tezin ikinci aşamasında üç boyutlu yapıların flutter hızı hesabı için geliştilen metod literatürden elde edilerek tezin bu aşamasında detaylı olarak incelenmiştir. İncelenen bu metod literatürden alınan farklı boyutlardaki modellerin flutter hızını hesaplamak için MATLAB kodu kullanılarak tool geliştirilmiştir. Flutter hızı hesaplanacak olan modeller kalınlık oranı ve en-boy oranının değiştirilmesiyle elde edilen 9 farklı modelden oluşmaktadır. Böylece yapının boyutlarını temsil eden farklı parametrelerdeki değişimlerin flutter hızına olan etkisi de gözlemlenebilir. Modelin doğal frekans değerini ve mod şekillerini elde etmek için kullanılan mod analizi yöntemi, problemi aldığımız literatür kaynağından alınarak incelenmiştir. Bu method literatürde sabit ölçülere sahip dikdörtgensel kesitli yapılar için sıkça kullanılır. MATLAB ticari yazılımında kullandığımız üç boyutlu flutter hesabında kullanılan aerodinamik yükler Theodorsen'in geliştirdiği fonksiyonlar kullanılarak hesaplanmıştır. Theodorsen'in bu fonksiyonlarında standart strip teori kullanılmıştır. Doğrulama için kullandığımız literatür kaynağında ise modellerin flutter hızı hesabında kullanılmak üzere iki farklı metod incelenmiştir. Bu metodlar standart stip teori ve double lattice metodudur. Double lattice metod günümüzde aerodinamik yüklerin hesabında kullanılan ticari yazılım programlarında sıkça kullanılmaktadır. Bu iki metod aerodinamik yüklerin hesabında kullanılmaktadır. Geliştirilen MATLAB kodu farklı ölçülere sahip modeller üzerinde uygulanmıştır ve literatür sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Sonuçların karlaştırılmasıyla MATLAB kodundan elde edilen sonuçlar ile standart strip teoriyi kullanan literatür sonuçlarının neredeyse aynı olduğu görülmüştür. Fakat MATLAB kodundan elde edilen sonuçlar ile double lattice metodunu kullanan literatür sonuçlarının farklı olduğu anlaşılmıştır. Çünkü aerodinamik yük hesabında kullanılan metodların flutter hızı sonuçlarında ciddi etkileri vardır. Tezin son kısmında bu konu üzerinde daha detaylı durulmuştur. Tezin bu aşamasında sadece MATLAB kodunu geliştirmek için faydalanmış olduğumuz yöntemin ve bu yöntemin aerodinamik yük hesabında kullandığı yöntemin literatür sonuçları ile tutarlı olup olmadığı araştırılmıştır. Tezin bu bölümünde ayrıca yapının mod analizini yapmak için kullanılan yöntemin flutter hızı sonuçlarına etkisi incelenmemiştir. Tezin son aşamasında bu konu detaylı şekilde ele alınmıştır. Bu bölümde elde edilen sonuçlar geliştirilen MATLAB kodunun tutarlı olduğunu ispatlamıştır. Ancak aerodinamik yüklerin hesabında kullanılan metodların flutter hızı sonucu üzerindeki etkiside ciddi şekilde gözlenmiştir. Tezin son aşamasında üç boyutlu analitik analiz yönteminde kullanılmak üzere gerekli olan yapının mod analizi için üç farklı yöntem detaylı olarak açıklanmıştır. ''MSC FlightLoads and Dynamics'' modülü ve MSC NASTRAN ticari yazılım programları kullanılarak zayıflatılmış AGARD 445.6 kanat modelinin aeroelastik analizleri yapılmıştır. Bu model literatürde sıkça kullanılmaktadır. Bu ticari yazılım programı aerodinamik yüklerin hesabında double lattice metodu kullanmaktadır. Ticari yazılım programı aynı model sonlu elemanlar yöntemi temel alınarak çırpınma hızı hesaplanmıştır. Ticari yazılım kullanarak elde ettiğimiz sonuçları zayıflatılmış AGARD 445.6 kanat modelinin rüzgar tünelinde yapılan test sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Sonuçların birbirine çok yakın olduğu gözlemlenmiştir. Sonuç olarak ''MSC FlightLoads and Dynamics'' modülü ve MSC NASTRAN ticari yazılım programından elde edilen sonuçların gerçek sonuçlara göre tutarlı olduğu ispatlanmıştır. Farklı mod analizi yöntemleri, sabit kesite sahip olan yapının ve kesitinin hem yüksekliğinin hem de genişliğinin doğrusal oranla değiştiği yapısal modeller üzerinde uygulanmıştır. Elde edilen bu veriler üç boyutlu aeroelastik analiz için geliştirilen MATLAB kodlarında kullanılmıştır ve bu iki farklı yapının çırpınma hızları elde edilmiştir. Ayrıca MSC FlightLoads and Dynamics modülü ve MSC NASTRAN ticari yazılım programı kullanılarak bu iki farklı yapının çırpınma hızları elde edilmiştir. MATLAB kodlarından elde edilen sonuçlar ile ticari yazılım programından elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. Karşılaştırmanın sonucunda MATLAB kodlarından elde edilen çırpınma hızlarının ticari yazılımdan elde edilen çırpınma hızlarından daha düşük olduğu görülmüştür. Bunun sonucunda standart strip teoriyi kullanan MATLAB kodunun gerçek değerlere göre daha konservatif sonuçlar verdiği görülmüştür. Euler-Bernoulli kiriş teorisi ve Timoshenko kiriş teorisi kullanılarak yapılan mod analiz sonuçlarının MATLAB kodunda kullanılmasıyla elde edilen çırpınma hızı sonuçlarının ayrık sistem metodu kullanılarak yapılan mod analizi sonuçlarının MATLAB kodunda kullanılmasıyla elde edilen çırpınma hızı sonuçlarına göre daha tutarlı olduğu görülmüştür. Böylelikle farklı mod analizi yöntemlerinin çırpınma hızı üzerindeki etkisi ve bu farklı mod analiz yöntemlerinin kendi içindeki doğruluk değerlendirmesi yapılmıştır.

Özet (Çeviri)

The flexibility of the structure is of great importance in the development of modern aircraft today. Aeroelastic effects became more important in the design process by increasing the flexibility in the structure. For this reason, the flutter condition, which is a major aeroelastic problem in modern aviation, has a great importance in the certification process. For this reason, efforts to find the flutter speed are taken into consideration from the very beginning of the design phase. Moreover, the fact that the aircraft has an aeroelasticly stable structure from the very beginning of the design prevents possible problems during the design phases of the design, thus saving time and cost. Considering all these processes, determining the speed of flutter in the concept design phase is of great importance. In the first stage of the thesis, in order to evaluate the flutter speed in the concept design stage, the k method and the classic flutter method were used to find the flutter speed of the model, which represents the structure in two dimensions. While using these two methods, aerodynamic loads were obtained using the formulas developed by Theodorsen. Analytical method has been developed for two dimensional two degree of freedom and two dimensional three degree of freedom models. These methods to be used in the design phase have saved significant time in calculations using the MATLAB commercial program. These developed analytical methods have been proved to give consistent results by applying on the problems from the literature. In the next stage of the thesis, MATLAB code was developed to be used to find the flutter speed of three-dimensional structures. In this analytical analysis method, formulas developed by Theodorsen using standard strip theory were used to calculate aerodynamic loads. The natural bending frequency, bending mode shape function, natural torsion frequency and torsion mode shape function of the structure required for three-dimensional structures were obtained from formulas developed for beam models with a constant cross section in the literature. The models we obtained from the literature that we used to make comparisons have different flutter speed according to both standard strip theory and double lattice method. The developed MATLAB codes were applied on the models from the literature and the results were compared and it was seen that the results of these models were almost the same with the flutter speeds obtained using the standard strip theory. However, it has been observed that there is a difference between the flutter speeds obtained by using the double lattice method and the flutter speeds we have obtained. The reason for this is that MATLAB codes use standard strip theory. As a result, developed MATLAB codes have been proved to give consistent results. In the last stage of the thesis, three different methods are explained for the modal analysis of the structure, which is required to be used in the three-dimensional analytical aeroelastic analysis method. Aeroelastic analysis of the weakened AGARD 445.6 wing model was made using the MSC FlightLoads and Dynamics module and MSC NASTRAN commercial software programs. This commercial software program uses double lattice method to calculate aerodynamic loads. The results obtained by using commercial software were compared with the test results of the AGARD 445.6 wing model in the wind tunnel. The results were observed to be very close to each other. As a result, the results obtained from MSC FlightLoads and Dynamics module and MSC NASTRAN commercial software program have been proved to be consistent with real results. Different modal analysis methods are applied on the structure with a constant cross section and the structure where both the height and width of the cross section change with linear ratio. These data are used in MATLAB codes developed for three-dimensional aeroelastic analysis and the flutter speeds of these two different structures were obtained. By using MSC FlightLoads and Dynamics module and MSC NASTRAN commercial software program, the flutter speeds of these two different structures were obtained. The results obtained from MATLAB codes and the commercial software program were compared. As a result of the comparison, it was observed that the flutter speeds obtained from MATLAB codes were lower than the flutter speeds obtained from commercial software. As a result, it was seen that the MATLAB code using the standard strip theory gives more conservative results than the real values. Flutter speed results obtained by using the mode analysis results made by using Euler-Bernoulli beam theory and Tymoshenko beam theory in MATLAB code. These results were found to be more consistent than the results of the flutter speeds obtained by using the mode analysis results using the discrete mass system method in the MATLAB code.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    851033

    Betonarme binalarda hasar, onarım ve güçlendirmelerin dinamik davranışa etkisinin deneysel olarak incelenmesi

    Experimental investigation of effect of damage, repair and strengthening on dynamic behavior in r/c buildings

    ABDULHAMİT NAKİPOĞLU

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Deprem MühendisliğiKonya Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MAHMUD SAMİ DÖNDÜREN

  2. Tez No

    910701

    Ardgermeli sürekli köprü tabliyelerinin yapısal davranışının incelenmesi

    Investigation of the structural behavior of horizontally curved posttensioned continous bridges

    ESRA NAMLI

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. TURGUT ÖZTÜRK

  3. Tez No

    807187

    A3 düzensizliği bulunan binaların taşıyıcı sistem davranışlarının incelenmesi ve dilatasyon derzi ile düzensizliğin giderilmesi

    Investigation of structural system behavior of structures with A3 irregularity and removal of irregularity with dilatation joint

    ŞEVKET TAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. TÜLAY AKSU ÖZKUL

  4. Tez No

    816691

    Kemanın üst kapak kalınlığının köprü hareketliliği ve ses yayılımına olan etkisinin araştırılması

    Investigation of the effect of the violin top plate thickness on bridge mobility and sound radiation

    MERVE AYTAÇ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Güzel SanatlarANKARA MÜZİK VE GÜZEL SANATLAR ÜNİVERSİTESİ

    Müzikoloji Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ FİLİZ GÜRER YÜCEL

  5. Tez No

    657223

    Bursa Hocaalizade cami minaresi davranışının farklı deprem kayıtları altında doğrusal ve doğrusal olmayan analiz yaklaşımları ile incelenmesi

    Investigation of the Bursa Hocaalizade mosque minaret behaviour under different earthquake records with linear and nonlinear analysis approaches

    ELİF DURGUT

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ALPER İLKİ

Geri Dön