A numerical analysis of bird strike on aerospace structures
Havacılık yapılarına kuş çarpmasının sayısal analizi
- Tez No: 934559
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ORHAN ÖZÇELİK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Ankara Yıldırım Beyazıt Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Havacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 96
Özet
Kuş çarpmaları, uçaklarda ciddi kazalara yol açabilecek ve uçak yapılarında önemli hasara neden olabilecek ana tehditlerden biridir. Bu nedenle, uluslararası havacılık düzenlemeleri, kuş çarpmalarına karşı hassas olduğu düşünülen uçakların tüm parçalarının belirli bir kuş çarpma direncine sahip olmasını gerektirir. Kuş çarpma testleri, bu tür uçak bileşenlerinin kuş çarpma direncini belirlenmesinde sıklıkla kullanılan yöntemlerden biridir. Ancak, uçak yapılarının tasarımı genellikle çok sayıda tasarım, üretim ve test iterasyonu gerektirdiğinden, kuş çarpma testleri hem zaman alıcı hem de pahalıdır. Ayrıca, test sonuçları deneysel koşullara bağlı olarak büyük ölçüde değişebileceğinden, bu sonuçların doğrudan yapısal tasarımda kullanılması her zaman mümkün değildir. Sayısal yöntemler, yapılması gereken kuş çarpma testlerinin sayısını azaltmak ve böylece tasarım aşamalarını hızlandırmak için geliştirilmiştir. Bu tezde, bir sayısal metodoloji kullanılmaktadır. İlk olarak, havacılık endüstrisinde sıklıkla kullanılan aliminyumdan yapılmış farklı boyutlarda plakalar seçilmiş ve bu malzemenin model parametreleri saptanmıştır. Bu bilgiler kullanılarak, LS-DYNA yazılımında uygulanmış olan DPH (Düzgünleştirilmiş Parçacık Hidrodinamiği) yöntemiyle bir kuş çarpma modeli geliştirilmiştir. Oluşturulan modelin güvenilirliğini artırmak ve gereksiz hesaplama taleplerinden kaçınmak için hem kuş hem de plaka için eleman sayıları üzerinde yakınsama ve stabilite testleri yapılmıştır. Gerekli doğrulama işlemleri tamamlandıktan sonra, modelin doğruluğunu test etmek amacıyla analiz sonuçları, açık literatürde mevcut olan deneysel verilerle karşılaştırılmış ve modelin daha fazla araştırma için güvenilirliği doğrulanmıştır. Doğrulama sonrasında, çalışma, kuş hızı ve kütlesi, plaka kalınlığı gibi kritik parametrelerin değişiminin etkilerini incelemiştir. Amaç, bu parametrelerin sonuçları nasıl etkilediğini incelemek ve bu sonuçların literatürdeki analitik modeller kullanılarak doğru bir şekilde tahmin edilip edilemeyeceğini belirlemektir. Önceki çalışmalar yapının çarpmaya nasıl tepki verdiğini doğru bir şekilde anlayabilmek için ζ ve λ olmak üzere iki bağımsız boyutsuz parametrenin yeterli olduğunu önermiştir. Bu parametreler, λ (izafi rijitlik) ve ζ (izafi hareketlilik), hem çarpmayı yapan nesne hem de yapı tarafından etkilenmektedir. Bu çalışmalar ayrıca bazı özel durumlarda tüm çarpma senaryolarını kapsayan bir karakterizasyon diyagramı önermiştir. Bu tez, LS-DYNA yazılımı kullanılarak DPH (Düzgünleştirilmiş Parçacık Hidrodinamiği) yöntemiyle modellemiş olan bir kuşun alüminyum bir hedef plakaya çarpması durumunda bu karakterizasyon diyagramının doğruluğunu da değerlendirmiştir. Yapılan araştırmada, söz konusu analitik yöntemin, bu tezin ele aldığı durumlar için makul derecede doğru sonuçlar verdiği bulunmuştur.
Özet (Çeviri)
Bird strikes are one of the main threats to aircrafts, as they can cause serious accidents and significant damage to aircraft structures. For this reason, international aviation regulations require that all parts of an aircraft considered vulnerable to bird strikes must meet specific bird strike resistance standards. Bird strike tests are one of the methods frequently used to determine the bird strike resistance of such aircraft components. However, since the design of aircraft structures typically requires numerous iterations of design, manufacturing, and testing, bird strike tests are both time-consuming and expensive. Moreover, since test results can vary greatly depending on experimental conditions, their direct use in structural design is not always possible. Numerical methods have been developed to reduce the number of bird strike tests that need to be conducted, thus speeding up the design process. This thesis employs a numerical methodology. Initially, plates of different sizes made of aluminum, which are frequently used in the aviation industry, were selected and the parameters for this material were determined. Using this information, a bird impact model is developed through the SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics) method, implemented in the LS-DYNA software. To enhance the reliability of the created model and to avoid unnecessary computational demands, convergence and stability checks is conducted on the element counts for both the bird and the plate. Once the necessary validations are completed, the analysis results are compared with experimental data available in open literature in order to verify the model, establishing its reliability for further investigations. After verification, the study explores the effects of varying critical parameters such as bird velocity and mass, and plate thickness. The aim is to examine how these parameters influence the results and to determine whether these outcomes can be accurately predicted using analytical models available in the literature. Earlier studies proposed that the two independent non-dimensional key parameters, ζ and λ, are sufficient to accurately understand how a structure responds to impact. These parameters, λ (relative stiffness) and ζ (relative mobility), are influenced by both the object causing the impact and the structure itself. They also suggested a characterization diagram that encompasses all impact scenarios for some specific cases. This thesis further assessed the accuracy of the characterization diagram for the bird impact modeled through the SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics) method on an aluminum target plate, implemented in the LS-DYNA software. It was found that the analytical method provides reasonably accurate results for the cases considered in this thesis.
Benzer Tezler
- Analysis of bird strike on metallic panels
Metalik panellere kuş çarpması analizi
KENAN ÇAYHAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ DEMET BALKAN
- Darbe hasarına maruz kalan sandviç kompozitlerin statik mukavemetinin incelenmesi
Investigation of static strength of sandwich composites subjected to impact damage
ABDULLAH İKİZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZAHİT MECİTOĞLU
- Darbe yükü etkisindeki sandviç plağın dinamik davranışının sayısal ve deneysel olarak incelenmesi
Investigation of dynamic response of the sandwich plate subjected to the impact load experimantally and numerically
NAMIK KEMAL ALPAYDIN
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HALİT S. TÜRKMEN
- Investigation of panel deformation because of impact loading in aerospace structures
Havacılık yapılarında darbe yüklemesinden kaynaklanan panel deformasyonunun incelenmesi
SİNAN ALİ BİLMEZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALİT SÜLEYMAN TÜRKMEN
PROF. DR. ABDÜLKADİR YAVUZ
- Bir uçak ön camına kuş çarpmasının düzgün parçacık hidrodinamiği (SPH) yöntemiyle sayısal incelenmesi
A numerical simulation of bird strike on aircraft windshield using smoothed particle hydrodynamics (SPH) method
SERKAN BARIŞ TOKGÖZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiBaşkent ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SAMİ KARADENİZ