Harrastelentokoneen siipirakenteen lujuustarkastelu
Kämäräinen, Kimmo (2019)
2019
All rights reserved. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2019060314414
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2019060314414
Tiivistelmä
Työn aiheena on harrastelentokoneen siipirakenteen lujuustarkastelu. Siipirakenne on lentokelpoisessa ilma-aluksessa, eikä sitä ole aiemmin lujuustarkasteltu 3D-ympäristössä. Nykyinen siipirakenne lujuustarkasteltiin SolidWorksilla ja sen perusteella tehtiin johtopäätökset rakenteen kestävyydestä ja optimoinnista.
Lujuustarkastelu tehtiin elementtimenetelmällä käyttäen SolidWorks-mallinnusohjelman simulaatiotyökaluja. Tilaajan toimittamien siipirakenteen osien mittojen, valokuvien ja mallitiedostojen perusteella mallinnettiin 3D-kokoonpano, jota kuormitettiin ilmailumääräysten mukaisella rajakuormalla.
Lujuusanalyysin tulokset vahvistivat tilaajan esittämiä hypoteeseja siipirakenteen jännitysten jakautumisesta rajakuormalla ja toivat esiin lommahtamiselle alttiita kohtia siipisalosta. Simulaatiotulosten perusteella siipirakennetta kevennettiin siipisalon päästä ja arvioitiin voivan kestää putoamiskiihtyvyyskertoimen +3,8g:n rajakuorman. Tulosten luotettavuudessa on käyttäjän oma arviointikyky merkittävä tekijä, sillä moniosaisessa simulaatiomallissa on useita virhetekijöitä muun muassa elementtiverkoissa ja tuennoissa. Simulaation todettiin havainnollistavan siipirakenteen kriittisimpiä kohtia siipituen kiinnityksissä ja olevan toimiva työkalu uuden siipirakenteen suunnittelussa. Uutta siipirakennetta suunniteltaessa tulokset tulisi todistaa empiirisin kokein ilmailumääräysten mukaisesti, kuten ainetta rikkovin menetelmin tai lentokokein.
Lujuustarkastelu tehtiin elementtimenetelmällä käyttäen SolidWorks-mallinnusohjelman simulaatiotyökaluja. Tilaajan toimittamien siipirakenteen osien mittojen, valokuvien ja mallitiedostojen perusteella mallinnettiin 3D-kokoonpano, jota kuormitettiin ilmailumääräysten mukaisella rajakuormalla.
Lujuusanalyysin tulokset vahvistivat tilaajan esittämiä hypoteeseja siipirakenteen jännitysten jakautumisesta rajakuormalla ja toivat esiin lommahtamiselle alttiita kohtia siipisalosta. Simulaatiotulosten perusteella siipirakennetta kevennettiin siipisalon päästä ja arvioitiin voivan kestää putoamiskiihtyvyyskertoimen +3,8g:n rajakuorman. Tulosten luotettavuudessa on käyttäjän oma arviointikyky merkittävä tekijä, sillä moniosaisessa simulaatiomallissa on useita virhetekijöitä muun muassa elementtiverkoissa ja tuennoissa. Simulaation todettiin havainnollistavan siipirakenteen kriittisimpiä kohtia siipituen kiinnityksissä ja olevan toimiva työkalu uuden siipirakenteen suunnittelussa. Uutta siipirakennetta suunniteltaessa tulokset tulisi todistaa empiirisin kokein ilmailumääräysten mukaisesti, kuten ainetta rikkovin menetelmin tai lentokokein.