Bir İHA kanadında karbonfiber takviyeli destek kirişinin kesit profili ve serim açılarının yapısal dayanımına etkisinin sonlu elemanlar yöntemi ile incelenmesi
Investigation of the structural strength of a carbon fiber reinforced spar in an UAV wing based on cross-section profile and ply orientations using the finite element method
- Tez No: 947175
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ABDULLAH ASLAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Konya Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 225
Özet
Yüksek dayanım, düşük yoğunluk, yorulma dayanımı gibi avantajları dolayısıyla karbonfiber takviyeli kompozitler havacılık ve uzay sektöründe yaygın olarak kullanılmaktadır. Özellikle hafif hava platformlarının kanat ve gövde yapılarında da karbonfiber takviyeli kompozit malzemelerin kullanımı günden güne artmaktadır. Bu konuda literatürde çeşitli çalışmalar mevcuttur. Bu tez çalışmasında, hava araçlarının kritik bileşenlerinden biri olan kanat yapılarında kullanılan karbonfiber takviyeli kompozit kirişlerin kesit profillerine ve fiber serim açılarına bağlı yapısal davranışları numerik olarak incelenmiştir. Bu bağlamda, I, C ve kutu profillere sahip kiriş yapılarının 0˚, ±45˚ fiber kombinasyonlarında, aerodinamik yüklemeler altında sonlu elemanlar modeli oluşturulmuştur. Belirlenen hava aracı konfigürasyonu için bir kanat tasarımı yapılmış, bu kanat tasarımı üzerinde gerçekleştirilen HAD (Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği) analizleri sonucunda elde edilen basınç yükleri, tek yönlü Akışkan-Yapı etkileşimi yöntemi ile yapısal modele aktarılarak kanat yapılarının statik analizleri gerçekleştirilmiştir. Çıkan sonuçlara göre kirişlerin yapısal davranışları kesit profiline ve serim açılarına bağlı olarak değerlendirilmiştir. Bulunan sonuçlarda ±45˚ fiber kullanımında IRF (Ters Emniyet Katsayısı) değerlerinde ani düşüşler görülse de 0° fiberlerde IRF değerlerinin arttığı ve dalgalanmalar olduğu gözlemlenmiştir. Bu dalgalanmalar ±45˚ fiberlerin tüm katmanlara oranı arttıkça artmaktadır. Sadece 0° fiberlerin kullanıldığı oryantasyonlarda ise oldukça düzenli bir IRF dağılımı olduğu gözlemlenmiştir. Ayrıca ±45˚ fiber kullanımının taşıma ve sürükleme yönlerinde deformasyonları da arttırdığı görülmüştür. Profil kesitlerinin karşılaştırmasında ise kutu profil dayanımsal olarak öne çıkarken C profil ağırlık bakımından daha avantajlıdır. I profil ise ağırlık bakımından C profile yakın olsa da hem dayanım hem de üretim zorluğu açısından diğer profillerin gerisinde kalmıştır.
Özet (Çeviri)
Due to their high strength, low density, and fatigue resistance, carbon fiber reinforced composites are widely used in the aerospace industry. The use of these materials is increasing day by day, particularly in the wing and fuselage structures of lightweight aerial platforms. Numerous studies can be found in the literature on this topic. In this thesis, the structural behavior of carbon fiber reinforced composite beams used in wing structures which is one of the most critical components of air vehicles has been numerically investigated with respect to cross-sectional profiles and fiber lay-up angles. Within this scope, finite element models were developed for beam structures with I, C, and box cross-sections, using fiber orientations of 0˚ and ±45˚, under aerodynamic loading conditions. A wing design was created for a selected aircraft configuration, and the pressure loads obtained from CFD (Computational Fluid Dynamics) analyses conducted on this wing were transferred to the structural model using a one-way Fluid-Structure Interaction approach. Based on these loads, static structural analyses were performed. The results were then evaluated in relation to the cross-sectional profiles and lay-up angles of the beams. It was observed that the use of ±45˚ fiber layers led to sudden drops in IRF (Inverse Reserve Factor) values, whereas 0˚ fibers resulted in increased IRF values with noticeable fluctuations. These fluctuations became more pronounced as the ratio of ±45˚ layers in the stacking sequence increased. On the other hand, lay-ups consisting completely 0˚ fibers showed a highly consistent IRF distribution. Moreover, the use of ±45˚ layers was found to increase deformations in both the lift and drag directions. In terms of cross-section comparison, the box profile demonstrated superior strength, while the C profile proved more advantageous in terms of weight. Although the I profile was close to the C profile in terms of weight, it lagged behind both in strength and in terms of manufacturing complexity.
Benzer Tezler
- Bir insansız hava aracına ait kompozit kanadın tasarımı ve yapısal optimizasyonu
Design and structural optimisation of an UAV composite wing
MUHAMMED ATIF YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiSavunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ALAEDDİN BURAK İREZ
- Weight reduction, analysis and optimization of UAV wings
İHA kanatlarının ağırlık azaltılması, analizi ve optimizasyonu
İSMAİL OKAN KESKİNKAYA
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Makine MühendisliğiAnkara Yıldırım Beyazıt ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET SUNAR
- Active control of aircraft wing vibration
Uçak kanadı için aktif titreşim kontrolü
HADI MOSTAFA KADHIM ALTALAB
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Makine MühendisliğiKarabük ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET BAKIRCI
DR. ÖĞR. ÜYESİ Moammed Jawad MOHAMMED
- Ekonomik istikrarı sağlama aracı olarak, bütçe dışı fonlar ve uygulama sonuçları
Başlık çevirisi yok
CEMİL CANGIR
- Large scale wireless propagation channel characterization of air-to-air and air-to-ground drone communications
Hava-hava ve hava-yer drone haberleşmesi için büyük ölçekli kablosuz yayılım kanalı karakterizasyonu
UBEYDULLAH ERDEMİR
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAKAN ALİ ÇIRPAN