Analysis of Aeronautical Composite Structures under Static Loading
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Poměrně velké množství soukromých firem v České republice vyrábí lehká sportovní letadla. Značná část těchto letadel využívá kompozitní pružiny ve svých přistávacích zařízení. Tyto pružiny jsou buďto menší díly, absorbující energii (na příďové noze či ostruze), anebo jde celé pružnice hlavního podvozku. Všechny tyto pružiny sdílí základní charakteristiky: jsou vyrobeny převážně z jednosměrného kompozitu s významnou tloušťkou, hlavním druhem zatížení je ohybový moment a jsou očekávány velké deformace. Podobnou charakteristiku můžeme použít i při popisu hlavního nosníku křídla. Jak vypadá návrh a analýza takovýchto dílů? V zásadě jsou dvě možnosti. První z nich je poměrně jednoduchá analytická analýza, případně naprogramovaná v tabulkovém výpočetním prostředí. Nevýhody tohoto řešení jsou limitované možnosti výpočtu a jeho nízká flexibilita. Druhou možností je využít komerční konečno-prvkový systém pro analýzu, případně i pro optimalizaci. Pochopitelnou nevýhodou této možnosti je cena programu a obsluhy. Cílem této disertační práce je vytvořit program, jež nabídne třetí možnost, která umožní provádět zevrubnou analýzu řešených produktů bez nutnosti pořizovat nákladný software. Tento program zjednoduší a urychlí návrh a pevnostní kontrolu. Umožní uživateli rychle analyzovat více návrhových variant. Program dále bude zohledňovat specifika analyzovaných produktů (například velké deformace a lokální koncentrace napětí kolmo na vlákno). Z pohledu uživatele by program měl být jednoduchý na ovládání. Minimum množství vstupních dat a přehledné grafické rozhraní zajistí komfortní používání. Samostatně spustitelný program (bez instalace a bez podpůrného softwaru) zlepšuje rozšiřitelnost programu.
Relatively large number of private companies in the Czech Republic are producing light sport aircraft. Significant number of these airplanes use composite landing gear springs. These springs are either smaller parts that absorb energy (nose and tail gear springs) or they can be used for the main landing gear. All these types of springs share very similar characteristics: they are made mostly of unidirectional composite of significant thickness, the main loading character is bending moment and large deformations are expected. In fact the wing main spar shares similar characteristic. How are these products designed and analysed? Generally there are two possibilities. First possible way, to design such product, is to make just a simple analysis (closed-form solution, perhaps some spreadsheet table). The drawbacks of this method are limited capabilities and inflexible application. Second option is to perform an analysis study, perhaps even optimization loops in a professional dedicated finite element program. Of course the drawback is the price (for the program and for the engineer). This dissertation thesis aims to develop a computer program, that will offer third possibility: thorough analysis of given products without expensive software. This program will simplify and speed up the design and strength analysis. It will allow user to quickly test different variants. Specifics of the targeted products (such as large deformations, local through-thickness stress concentrations and wrap plies) will be taken into account. From the user's point of view the program should be simple to work with. Minimum input data with clear graphical user interface layout ensures comfortable use. Having a stand alone program (executable without any supplementary software) improves the distribution potential.
Relatively large number of private companies in the Czech Republic are producing light sport aircraft. Significant number of these airplanes use composite landing gear springs. These springs are either smaller parts that absorb energy (nose and tail gear springs) or they can be used for the main landing gear. All these types of springs share very similar characteristics: they are made mostly of unidirectional composite of significant thickness, the main loading character is bending moment and large deformations are expected. In fact the wing main spar shares similar characteristic. How are these products designed and analysed? Generally there are two possibilities. First possible way, to design such product, is to make just a simple analysis (closed-form solution, perhaps some spreadsheet table). The drawbacks of this method are limited capabilities and inflexible application. Second option is to perform an analysis study, perhaps even optimization loops in a professional dedicated finite element program. Of course the drawback is the price (for the program and for the engineer). This dissertation thesis aims to develop a computer program, that will offer third possibility: thorough analysis of given products without expensive software. This program will simplify and speed up the design and strength analysis. It will allow user to quickly test different variants. Specifics of the targeted products (such as large deformations, local through-thickness stress concentrations and wrap plies) will be taken into account. From the user's point of view the program should be simple to work with. Minimum input data with clear graphical user interface layout ensures comfortable use. Having a stand alone program (executable without any supplementary software) improves the distribution potential.
Description
Citation
CEJPEK, J. Analysis of Aeronautical Composite Structures under Static Loading [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2018.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
Konstrukční a procesní inženýrství
Comittee
prof. Ing. František Pochylý, CSc. (předseda)
doc. Ing. Jaroslav Juračka, Ph.D. (člen)
Ing. Bohuslav Cabrnoch, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Antonín Píštěk, CSc. (člen)
doc. Ing. Vladimír Daněk, CSc. (člen)
doc. RNDr. Zdeněk Karpíšek, CSc. (člen)
doc. Ing. Miloslav Petrásek, CSc. (člen)
doc. Ing. Jiří Hlinka, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Josef Klement, CSc. (člen)
Date of acceptance
2018-06-22
Defence
Cílem DDP je návrh metodiky softwaru a jeho verifikace pro návrh silnostěných nosníkových konstrukcí.
DDP přináší poznatky jak pro další výzkum, tak pro technickou praxi. Doktorand prokázal schopnost vědecky pracovat. Komise doporučuje úpravu tezí DDP, dle doporučení oponenta a komise.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení