The optimisation of design witch using of FEM and modal analysis

• Autorzy: Frączek K. S.

Warianty tytułu

PL

Metoda optymalizacji konstrukcji z wykorzystaniem MES i superpozycji modalnej

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Ten artykuł zawiera analizę teoretyczną zastosowaną do opisu złożonych lekkich konstrukcji. Matematyczne równania równowagi opisane wieloma tysiącami stopni swobody nie mogą być bezpośrednio użyte do opisu ruchów samolotów lub śmigłowców. Metoda prezentowana w tym artykule przedstawia sposób wyznaczania maksymalnych naprężeń podczas lotu śmigłowca IS - 2 dla rozbudowanego modelu oraz sposób redukcji stopni swobody całego układu do wymiarów modalnych w przedziałach możliwych częstości wzbudzeń. Ta metoda została zastosowana do optymalizacji struktury śmigłowca IS - 2. Pierwszym krokiem analizy było zbudowanie strukturalnego modelu do [wskazania miejsc maksymalnych naprężeń. Następnie wykonano analizę modalną z wyznaczeniem częstości i postaci drgań własnych. Otrzymane wyniki porównano z wynikami pomiarów tych częstości i postaci z wynikami pomiarów na prototypie. Następnie zastosowano metodę umożliwiającą redukcję z dużej liczby stopni swobody do liczby z zakresu możliwych wzbudzeń drgań. Następnie wyznaczono współczynniki wzmocnień amplitud drgań i ponownie wykorzystując model rozbudowany dodano wartości naprężeń z każdej postaci do wartości średniej wynikającej z ustalonego obciążenia. Na podstawie liczby cykli drgań z określonymi wartościami naprężeń określono graniczną wytrzymałość zmęczeniową. Przedstawione fragmenty obliczeń udokumentowano w sposób graficzny na rysunkach. Prezentowana metoda analizy dynamicznej jest słuszna tylko w małym zakresie obciążeń. Może być również wykorzystywana do analizy dynamicznej innych konstrukcji.

EN

This paper contains a theoretical analysis which is used to describe the work of complex body light structures. The mathematical equations of equilibrium with many degrees of freedom can't be directly used to describe the motions of airplanes or helicopters. The method presented in this paper, however, shows mathematically how we can calculate the maximal stresses during the flight of helicopter IS - 2 by reducing the huge number of degrees of freedom into the acceptable one. This method is used for optimisation of helicopter's structure. The first step was to create a structural model of the whole helicopter's body in order to represent the deformations in function of time. In the second step the natural frequencies of shape of motion were calculated. Afterwards, the theoretical results were compared to empirical research on prototype of the IS - 2 helicopter. The verified data were consequently used to analyse stresses in the helicopter's structure. The maximal stresses were used to obtain the materials fatigue. This paper contains explicit method witch can bee used to dynamics analysis of another mechanical design.

Słowa kluczowe

PL

MES (metoda elementów skończonych); superpozycja modalna; metoda optymalizacji konstrukcji

EN

FEM; modal analysis; optimization of design

• Wydawca: Łukasiewicz Research Network - Institute of Aviation ; European Science Society of Powertrain and Transport KONES Poland ; Wydawnictwo Instytutu Technicznego Wojsk Lotniczych
• Czasopismo: Journal of KONES
• Rocznik: 2006
• Tom: Vol. 13, No. 4
• Strony: 373--382
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., rys.

Twórcy

autor

Frączek K. S.

• Instytut Lotnictwa Al. Krakowska 110/114 02-256 Warszawa tel.[phone] wew. 542,

Bibliografia

• [1]. Awrejcewicz, J., Krysko, W., Drgania układów ciągłych, WNT 2000.
• [2]. Bubień, W., Monitorowanie lotów NOE śmigłowca PZL Sokół w aspekcie żywotności zmęczeniowej jego zespołów, Prace Instytutu Lotnictwa 165-166, 2001.
• [3]. Dżygadło, Z., Kowaleczko, G., Regular and chaotic vibrations of a helicopter-autopilot system, Research Bulletin nr 6, 1997.
• [4]. Dul, F., Time domain areoelastic analysis of flying vehicles and civil structures, Research Bulletin nr 6, 1997.
• [5]. Frączek, K., Ocena własności dynamicznych konstrukcji śmigłowca IS -2 na podstawie analizy modalnej, Materiały konferencyjne IV Krajowej Konferencji Wiropłatowej- 2001.
• [6]. Olejnik, A., Kachel, S., Zastosowanie cyfrowych modeli statków powietrznych do analizy obciążeń, zagadnień wytrzymałościowych drgań samolotów złożonym układzie aerodynamicznym i konstrukcyjnym, Mechanika w Lotnictwie ML-X 2002.
• [7]. Szamański, K., Teoria i badania śmigłowców w ujeciu symulacyjnym, Biblioteka Naukowa Instytutu Lotnictwa, 1997.