جلسه دفاع پایان نامه کارشناسی ارشد (آقای علی بیدرام)
موضوع: بررسی رفتار استاتیکی و ارتعاشی پره هلیکوپتر با هسته ساخته شده از ساختار های فرامواد
ارائه دهنده: علی بیدرام
استادان راهنما: دکتر سعید ضیایی راد
استادان مشاور:-
استادان داور: دکتر علی لقمانی – دکتر محمد سیلانی
چکیده:
در این پژوهش، سه مدل تیر ساخته شده از فرامواد به عنوان هسته پره هلیکوپتر در مقیاس کوچک در نظر گرفته شده است که هندسه سلول واحد تشکیل‌دهنده تیر‌ها جهت دستیابی به خاصیت خمش-پیچش همزمان تیر مورد بررسی قرار گرفته شده است. فرامواد از جمله مواد مهندسی شده می‌باشند که با تغییر یا اصلاح خواص طبیعی مواد موجود در جامعه از طریق تغییر ریزساختار آنها به وجود می‌آیند و دارای خواص منحصر به فرد و فراتر از مواد طبیعی هستند. خواص منحصر به فرد فرامواد عمدتا به دلیل ریزسازه طراحی شده آنها ميباشد و نه به خاطر مادهی پایهای که از آن ساخته شدهاند. در پره‌های هلیکوپتر، کوپلینگ خمش-پیچش به ارتباط بین خمش و پیچش پره اشاره دارد. کوپلینگ خمش-پیچش یک پدیده پیچیده و مهم در طراحی و عملکرد پره‌های هلیکوپتر است. هنگامی‌که پره در حین چرخش خم می‌شود، همزمان دچار پیچش نیز می‌شود. کوپلینگ خمش-پیچش تاثیراتی بر روی عملکرد آیرودینامیکی (تاثیر بر توزیع نیرو و تولید نیروی بالابر)، استحکام ساختاری (تاثیر بر تنش‌ها و لرزش‌ها و پایداری و عمر مفید پره‌ها) و کنترل پرواز دارد. عوامل بسیاری بر کوپلینگ خمش-پیچش اثر می‌گذارند که از آنها می‌توان به شکل هندسی پره از جمله نسبت ابعاد، ضخامت و انحنای آن اشاره کرد. در این پژوهش به مطالعه هسته پره ساخته شده از فرامواد پرداخته شده است. خاصیت شکل‌پذیری از جمله خواص فرامواد است. بسیاری از فرامواد قادر به تغییر شکل خود با مکانیزمهای تاشو هستند. تیرهای متشکل از هندسه سلول واحد فرامواد به کمک فناوری ساخت افزودنی ساخته و آزمون‌های تجربی استاتیکی و دینامیکی روی آنها انجام شده است. همچنین جهت راستی‌آزمایی نتایج تجربی، شبیه‌سازی‌های اجزاء محدود در نرم‌افزار آباکوس انجام شده است. نتایج بدست آمده از آزمون‌های استاتیکی نشان می‌دهد تیر با هندسه سلول واحد متشکل از یک مکعب ساده و سلول فرعی مورب نسبت به سایر هندسه‌های مورد بررسی در عین سادگی ساختار از خاصیت کوپلینگ خمش-پیچش بیشتری برخوردار است. با تغییر اندک در سلول فرعی مورب هندسه سلول واحد تشکیل‌دهنده‌ی تیر‌ها این خاصیت بهبود یافته است. همچنین تحلیل دینامیکی تیر‌ها نشان می‌دهد تیر‌ها با خاصیت کوپلینگ خمش-پیچش بیشتر که در آزمون‌های استاتیکی بدست آمده است، دارای فرکانس‌های طبیعی بالاتر هستند و تعداد مود‌های پیچش در بازه فرکانسی مشخص بیشتر است که دلیلی بر اثبات خاصیت کوپلینگ خمش-پیچش در این تیر‌ها است. از طرف دیگر، تیرهای ساخته شده از فرامواد به عنوان تیرهای دوار تحت آزمون‌های آنالیز مودال به روش اجزاء محدود قرار می‌گیرد. تیرهای دوار که ساده‌سازی‌هایی از اجزای مکانیکی پیچیده‌تر هستند، به طور گسترده در بخش‌های راهبردی صنعت و اقتصاد، مانند هوافضا، تولید انرژی یا حمل و نقل دریایی استفاده می‌شوند. تحلیل ارتعاشات تیرهای دوار امری ضروری است. عدم کنترل ارتعاشات پره‌ها و تیرهای دوار با روش‌های مناسب می‌تواند باعث اختلال در عملکرد هلیکوپتر، خستگی زودرس قطعات، کاهش عمر سیستم و شکست پره و سقوط هلیکوپتر شود. بنابراین تیرهای دوار ساخته شده از فرامواد در این پژوهش به عنوان پره دم هلییکوپتر تحت سرعت‌های دورانی مختلف قرار گرفته و فرکانس‌های طبیعی و شکل مود‌های آنها مورد مطالعه قرار گرفته است. بر اساس نتایج، با افزایش سرعت دورانی، فرکانس‌های طبیعی نیز افزایش یافته است این در حالی است که شکل مود‌های تیرهای دوار با شکل مود‌های تیر ساکن تقریبا یکسان است و در برخی مقاصد می‌توان از شکل مود‌های تیر ساکن به جای تیر دوار استفاده کرد. سپس با بررسی نموداری مرسوم به نمودار کمپل سرعت‌های دورانی بحرانی سه مدل تیر در محدوده کاری مشخص جهت جلوگیری از ایجاد پدیده تشدید بدست آمده است. بر اساس نتایج شبیه‌سازی تیر با خاصیت کوپلینگ خمش-پیچش کمتر در محدوده کاری مشخص دارای سرعت‌های بحرانی بیشتری است.
کلمات کلیدی: فرامواد، شکل‌پذیری، تیر دوار، پره هلیکوپتر، آنالیز مودال، نمودار کمپل