Kompozit blade (bıçak) anten'in sonlu elamanlar yöntemiyle mukavemet optimizasyonu

Abstract

Bu çalışmada hâlihazırda uçaklarda kullanılan kompozit yapıdan oluşan bıçak antenin mukavemet değerlerinin sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak iyileştirilmesi amaçlanmıştır. Uçakta bulunan bir anten için en kritik yüklemeler, anten üzerine gelen yanal yüklerdir. Bu yükler kalkış, sürüklenme ve iniş anlarında rüzgâr tarafından anten üzerine etki etmektedir. Rüzgâr tarafından oluşturulan bu yükler antenin bağlı olduğu yere yakın yerlere etki ederek o bölgelerde gerilim ve moment değerleri üretmektedir. Yapı üzerinde oluşan bu gerilme bilgisayar ortamında sonlu elemanlar yöntemiyle hesaplanmıştır. Rüzgâr yükleri akışkanlar mekaniği hesaplarıyla elde edilmiştir. Bu yükler, statik hesaplamaları yapabilmek için akışkan – yapı etkileşim yöntemi kullanılarak statik hesapların yapıldığı sonlu elemanlar ortamına aktarılmıştır. Bu ortamda akışkan tarafında elde edilen yükler ve uçak üzerine gelen yerçekimi kuvvetleri ile statik hesaplama yapılarak gerilmeler elde edilmiştir. Elde edilen gerilmelerin, kompozit yapılar üzerindeki etkilerini inceleyebilmek adına, bu sonuçlar çalışmada kullanılmış olan yazılımın içinde kompozit yapılar için oluşturulmuş özel sonlu elemanlar ortamına aktarılmıştır. Buradaki sonuçlar daha sonra uygun bir tasarıma giden yolda yapılacak olan optimizasyon çalışmalarında kullanılmıştır. Mevcut yapının yükseklik, derinlik ve en gibi genel geometrik kısıtlarını değiştirmeden kompozit yapıyı oluşturan laminasyon açıları ve sırası değiştirilerek optimizasyon çalışması gerçekleştirilmiştir. Optimizasyon çalışmasını gerçekleştirirken, katman kalınlığı, katman yönlenmesi ve fiber malzemesi değişkenlerinin kullanılmasının yanında MOGA (Multi-Objective Genetic Algorithm) ve bu yöntemin alt disiplini olan NSGA (Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm) kullanılmıştır. Optimizasyon sonuçları cevap yüzey oluşturularak görselleştirilmiştir. Yapılan bu çalışmalar ile mevcut yapıyı oluşturan parametrelerin sonuçları üzerindeki direkt etkisi gözlemlenebilmiştir. Çalışmalar sonucunda hangi parametrelerin hangi aralıkta yapıya direkt etki ettiği gözlemlenerek en uygun tasarım seçilmiştir.In this study, it is aimed to improve the strength values of the Blade Antenna, which is composed of composite structure currently used in airplanes, by using the finite element method. The most critical loads for the blade antenna in an aircraft are the lateral loads on the antenna. These loads act on the antenna by the wind during take-off, drift and landing moments. These loads created by the wind affect the places close to where the antenna is connected, producing stress and moment values in those regions. The finite element method has been used to obtain this stress on the structure in computer environment. Wind loads are calculated in the fluid environment. These loads are transferred to finite element environment where static calculations are made by using fluid-structure interaction method in order to execute static calculations. In this environment, the loads obtained on the fluid side and the gravitational forces on the plane were static calculations and the stresses were obtained. In order to investigate the effects of the obtained stresses on composite structures, these results were transferred to the special finite element environment created for composite structures. The results here have been used in the optimization studies to be carried out on the way to a convenient design. Without changing the general geometric constraints of the existing structure such as height, depth and width, the components that make up the composite structure were changed at certain intervals and optimization work was carried out. While performing the optimization study, besides using layer thickness, layer orientation and fiber material variables, MOGA (Multi-Objective Genetic Algorithm) and NSGA (Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm), which is the sub-discipline of this method, were used. Optimization results were visualized by creating the response surface. With these studies, it was possible to observe the direct effect of the parameters that make up the existing structure on the results. As a result of the studies, the most suitable design was selected by observing which parameters directly affect the structure in which range.