Optymalizacja produkcji samolotów
Zmniejszenie ciężaru samolotu może przynieść znaczną redukcję zużycia paliwa, a tym samym również emisji. Naukowcy korzystający z dofinansowania UE zainicjowali projekt FUSDEOPT w celu przeanalizowania odpowiednich metod produkcji i obciążeń strukturalnych w odniesieniu do dolnej części kadłuba samolotu. Wyniki spawania laserowego cienkich struktur metalowych z usztywnieniami (podłużnicami) porównano z efektami konwencjonalnego nitowania tych samych części. Najpierw ręcznie wykonano odpowiednie obliczenia konwencjonalne, a w następnej kolejności zbadano przydatność, dokładność i obciążenie obliczeniowe różnych modeli dwu- i trójwymiarowych wykorzystujących metodę elementów skończonych. Rodzaje zniszczeń elementów spawanych z podłużnicami przewidywane przez dwuwymiarowe próby rozciągania porównano z analogicznymi wynikami dla trójwymiarowych analiz kompresji paneli. Kompresja paneli jest używana do testowania głównego obciążenia statycznego działającego na elementy kadłuba samolotu. Różnice w przewidywanych lokalnych rodzajach zniszczeń wykazały, że wytrzymałości paneli w trójwymiarowych testach sprężania nie da się interpolować na podstawie próbek z dwuwymiarowych testów rozciągania. Analizy dwuwymiarowe pozostają jednak cenne jako metoda ogólnej oceny względnej wytrzymałości materiałów i połączeń. Odporność na deformacje strukturalne pod obciążeniem przy testach rozciągania sugeruje dobrą odporność na skręcanie podłużnic. Partnerzy porównali szkieletowy model trójwymiarowy z pełnym modelem trójwymiarowym, aby wypracować optymalny kompromis między wymaganiami obliczeniowymi a dokładnością. Szkieletowe modele elementów skończonych dobrze oddawały globalne zachowania na dużych obszarach przy względnie krótkim czasie obliczeń, wynoszącym zaledwie kilka godzin. Okazało się jednak, że nie dają one wymaganej dokładności przewidywania lokalnych zniszczeń spawów. Projekt FUSDESOPT zidentyfikował wady i zalety różnych modeli lekkich elementów kadłuba wzmocnionych podłużnicami, porównując skuteczność spawania laserowego z konwencjonalnym nitowaniem. Dalsza optymalizacja opracowanych kodów w celu wypracowania równowagi między dokładnością a obciążeniem obliczeniowym pozwoli szybciej projektować lepsze konstrukcje. Zmniejszenie masy kadłubów przełoży się na mniejsze zużycie paliwa i niższe emisje, a tym samym mniejszą szkodliwość dla środowiska. Dodatkowo pozwoli to poprawić pozycję europejskiego przemysłu lotniczego na rynku globalnym w obliczu coraz większych wymagań ekologicznych ze strony klientów.
Słowa kluczowe
Lekkie, samoloty, wiązka lasera, spawanie, nitowanie, podłużnice, elementy skończone, usterka, kompresja paneli
