Effects of thermal loading and material distribution on the vibration characteristics of rotating double tapered blades
Termal yükleme ve malzeme dağılımının çift yönlü sivriltilmiş dönen pallerin titreşim karakteristiği üzerine etkileri
- Tez No: 953217
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZGE ÖZDEMİR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Uçak Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Uçak ve Uzay Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 90
Özet
Bu çalışma, dönen çift yönlü sivriltilmiş pallerin termal yükleme ve malzeme dağılımı etkisine bağlı olarak titreşim karakteristiğini değerlendirmeyi amaçlamaktadır. Helikopter pali tasarlanırken, daha verimli çalışabilen bir ürün ortaya koyabilmek için dikkate alınan ana konu helikopter titreşim kontrolüdür. Helikopter pali tasarımda malzeme seçiminin titreşim özellikleri üzerinde büyük etkisi vardır. Kompozit malzeme teknolojisinin gelişmesi sonucunda bu tür mühendislik uygulamalarında fonksiyonel derecelendirilmiş malzemelerin kullanımları artmaya başlamıştır. Bu malzemeler, termal, yapısal veya fonksiyonel varyasyonları kontrol etmek gibi özel amaçlarla kullanılmaktadırlar. Fonsiyonel derecelendirilmiş malzemeler bileşiminde ve/veya mikro yapısında uzamsal bir değişiklik içeren çok işlevli malzemelerdir. Malzeme özellikleri yapı boyunca süreklidir böylece stres konsantrasyonları düzenli olarak azaltılır. Fonksiyonel derecelendirilmiş malzemenin yapısal bütünlüğü korunurken, yüksek sıcaklıklara dayanabilir. Bu özelliği sayesinde hava-uzay yapılarında tercih edilmektedir. Aynı zamanda, bu nitelik dönen çift yönlü sivriltilmiş ve fonsiyonel derecelendirilmiş malzemelerden oluşan pallerin, termal yükleme ve malzeme dağılımı etkilerini değerlendirmek açısından önemli kılmaktadır. Rotor kanadı tasarım sürecinde, yapısal bütünlüğe zarar veren rezonansı önlemek için doğal titreşim frekanslarının doğru hesaplanması gerekir. Birçok mühendislik probleminin çözümünde özellikle havacılık alanında uçak kanatları, helikopter palleri, türbin kanatçıkları gibi konularda, ilk yaklaşım olarak kiriş modeli kullanılmaktadır. Bu çalışmada, helikopter pallerinin modellenmesinde Euler-Bernoulli Kiriş Teorisi uygulanmıştır. Aynı zamanda Euler-Bernoulli kiriş teorisi, farklı termal yükler için kapalı form çözümleri sunabilmektedir. Bu sebeple, pal formülasyonları, Euler-Bernoulli kiriş teorisi kullanılarak elde edilmiştir. Bu formülasyonlara, Sonlu Elemanlar Metodu (FEM) uygulanmıştır. Sonlu elemanlar yöntemi, (sonsuz sayıda titreşim modu ve frekans bulunan) parçalara bölünmüş bir yüzeyi modellemektedir. Bu yöntem, ilk doğal frekanslar için iyi bir yaklaşım sağlar. Genel olarak, pratik uygulamalar için yalnızca ilk birkaç mod önemlidir. Bu çalışmada da, titreşim karakteristiğini değerlendirmek için ilk dört doğal frekans değerleri dikkate alınmıştır. Dönen çift yönlü sivriltilmiş fonsiyonel derecelendirilmiş malzemeden oluşan pallerin farklı malzeme dağılımı ve sıcaklık yüklemesi altında serbest titreşim davranışını incelemek için sayısal sonuçlara ulaşabilmek amacıyla MATLAB bilgisayar programı kullanılmıştır. Sonuç olarak, hesaplama sonuçları literatürle karşılaştırıldığında, uyumlu sonuçlara ulaşıldığı ve düşük sapma oranlarının açığa çıktığı gözlemlenmiştir.
Özet (Çeviri)
To begin with, this study is aimed to evaluate effects of thermal loading and material distribution on the vibration characteristics of rotating double tapered blades. An important topic of research into designing helicopter rotor blade is helicopter vibration control. A selection of material in designing helicopter rotor blade has a great impact on vibration characteristics. Functionally graded materials (FGMs) are multifunctional materials, which contain a spatial variation in composition and/or microstructure for the specific purpose of controlling variations in thermal, structural or functional properties. In consequence of the improvement of composite material technology, usages of FGMs have begun to increase in such engineering applications. Their material properties are continuous along the structure; thus, stress concentrations are decreased regularly. While structural integrity of FGM is sustained, it can endure against high temperatures. This makes FGMs preferable for aerospace structural applications. Also, this qualification makes this paper significant in respect to evaluate effects of thermal loading and material distribution on the vibration characteristics of rotating double tapered blades made of FGMs. In rotor blade design process, natural vibration frequencies need to be calculated accurately to avoid resonance which damages structural integrity. The beam model is used as the first approach in solving many engineering problems in the field of aviation, such as aircraft wings, helicopter blades, turbine blades. In this study, Euler-Bernoulli Beam Theory is applied on the beams in the modeling of helicopter blades. Furthermore, Euler–Bernoulli beam theory can provide the closed form solutions for different types thermal loadings. So that, blade formulations were obtained from Euler-Bernoulli Beam Theory. Finite Element Method (FEM) was applied on these formulations. Finite element method provides an approximation of the meshed surface (for which there exists an infinite number of vibration modes and frequencies). Therefore, this provides a good approximation for the first natural frequencies. In general, only the first few modes are important for practical applications. In this study, the first four natural frequency values were taken into account to evaluate the vibration characteristics.The computational mathematical software MATLAB has been used to carry out the numerical calculations to examine the free vibration behavior of rotating tapered functionally graded blades under effects of different material distribution and thermal loading. Finally, when the calculation results were compared with the literature, it was observed that the consistent results were obtained and low deviation rates were revealed.
Benzer Tezler
- Önburulmalı fonksiyonel olarak derecelendirilmiş çubukların statik ve dinamik davranışlarının incelenmesi
Investigation of static and dynamic behaviors of functionally graded pretwisted beams
ÖMER EKİM GENEL
Doktora
Türkçe
2023
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EKREM TÜFEKCİ
- Transformatör çekirdeklerinde kullanılan cam elyaf takviyeli polyesterimid reçine kompozitin mekanik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the mechanical properties of glass fiber reinforced polyesterimide resin composites for transformer core applications
BARIŞ İŞLER
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ İBRAHİM MEHMET PALABIYIK
- Ağır ticari aracın dizel motoruna ait egzoz manifoldunun ısıl olarak incelenmesi
Thermal investigation of exhaust manifold for a heavy commercial vehicle diesel engine
BURAK YALÇINDAĞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL CEM PARMAKSIZOĞLU