Modelowanie dynamicznych obciążeń samolotu
Obecne standardy projektowe oparte na konserwatywnych obciążeniach statycznych często skutkują dodatkową i zbędną masą. Bez odpowiedniego zrozumienia i uwzględnienia obciążeń dynamicznych opracowane projekty mogą nawet okazać się niebezpieczne. Projekt "Dynamics in aircraft engineering design and analysis for light optimized structures" (DAEDALOS) scharakteryzował obciążenia dynamiczne występujące podczas pracy samolotu. Wykorzystanie skutków tłumienia za pomocą materiałów, wyboczenia dynamicznego i histerezy mechanicznej daje szansę na pozbycie się niepewności i konserwatyzmu obecnych procedur certyfikacji samolotów. Konwencjonalna praktyka projektowa uznaje kadłub za belkę, na której spoczywa obciążenie statyczne. Jest to wysoce uproszczony model przyjmujący brak pochłaniania energii z kadłuba przez konstrukcję podłużnicy/ramy/poszycia. Zakłada on, że pełne obciążenie rozkłada się wzdłuż kadłuba bez osłabienia ze strony tłumienia strukturalnego. Przypadek ten nie znajduje zastosowania w przypadku rzeczywistego układu. Ponadto, wyboczenie dynamiczne może być znacznie większe od wyboczenia statycznego, co oznacza, że kadłub mógłby teoretycznie pochłaniać więcej energii nie pękając pod naporem obciążenia większego od tego, które przewidziano dla przypadku statycznego. Efektem końcowym takich założeń jest cięższy projekt, który nie może odpowiadać rzeczywistym warunkom obciążenia dynamicznego. W ramach projektu DAEDALOS opracowano model odrzutowca biznesowego średnich rozmiarów w celu przeprowadzenia analizy. Zespół opracował pełny model skończony i model hybrydowy w różnych skalach. Opracowano i wdrożono różne metody oceny strukturalnego rozproszenia energii poprzez tłumienie. Obejmowały one metody energetyczne oraz model tłumienia z wykorzystaniem quasi-liniowego materiału lepkoelastycznego i uogólniony model tłumienia z wykorzystaniem materiału Maxwell’a. Rygorystyczna kampania testowania eksperymentalnego wspierała opracowanie modelu. Zespół ocenił tłumienie za pomocą materiałów w przypadku stopu aluminium i dwóch kompozytów węglowo-epoksydowych na poziomie próbki wyciętej za pomocą różnych technik. Panele i powłoki reprezentatywne dla typowych komponentów zostały również poddane testom na obciążenia statyczne i dynamiczne. Ponadto, komponenty poddano ocenie w zakresie wagi korzyści. Dzięki zaawansowanym modelom, narzędziom symulacji i bazom danych projekt DAEDALOS stworzył naukowe podstawy dla nowego projektu samolotu i standardów certyfikacji odzwierciedlających rozpraszanie energii podczas działania obciążenia dynamicznego. Dynamiczna analiza stanowi część procesu projektowania w wielu branżach i osiągnięcia projektu DAEDALOS mogłyby być z tego powodu przydatne w szerokim zakresie zastosowań i dziedzin.
Słowa kluczowe
Obciążenie dynamiczne, samolot, tłumienie, projektowanie techniczne, zoptymalizowane struktury
