Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad Mashayekhi,MohammadReza Forouzan
محمد مشایخی (استاد مشاور) محمدرضا فروزان (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohammad Bagheri nouri
محمد باقری نوری

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1386

TITLE

Service Life Prediction of a Helicopter Main Rotor Shaft
: Subject of this dissertation is the life prediction of a helicopter main rotor shaft. since application of Damage Tolerance concepts on the shaft is not possible for practical reasons such as limitations due to iectability, according to FAR regulation, the safe life approach was used. Because the shaft loading is non-proportional and the material has low ductility, the combinations of the amplitude of alternating shear stress with maximum normal stress on the critical plane should be used as controlling parameter for fatigue damage. Therefore for life prediction findley criterion was applied.The Loading of the shaft, effect of several components like tail plane, tail rotor and hub on the loading was studied. Because applied torque variation with the blades rotation is different from the applied thrust force variation, two separate finite element analyses for each of the loading was done. Because of shaft symmetry, one thirtieth of the shaft that includes a tooth of the spline was modeled. For life prediction according to findley criterion an APDL code was developed in ANSYS software. Because of the linear material behavior, the code uses superposition principle and results of the two finite element analyses to attain stress tensor variation with the blades rotation in each node. The code applies a load factor of 2.5 that ensures us about the most severe manoeuvres. The code uses the minimum circumscribed circle approach to calculate the amplitude of shear stress. The code determines the critical plane according to findley criterion and compares the damage parameter with material specifications to predict the life. The output of this code is life contour of the elements attached to the selected nodes.To find the critical node the life was calculated in extremum of components of stress tensor. The critical node is in the root of spline tooth. The shaft life was calculated 4389542 revelutions equal to 250 flight hours for the most critical manoeuvres in this node. Life contour of the elements around this node was plotted. For plotting fatigue sensitivity in the critical node, the loading was changed with coefficient of 0.5 to 1.5 and fatigue result variation was observed. Fatigue sensitivity analysis implied that if stresses were decreased two times, the life would be infinite and if stresses were increased two times, the life would decrease 66 percents. Replacing the material with AISI/SAE 4340 that has ultimate tensile strength of 125 Ksi and AISI/SAE 4130 with ultimate tensile strength of 117 Ksi leads to life reduction of 99 percents and 55 percents, respectively. Key words: life prediction, non-proportional loading, critical plane approach, helicopter main rotor shaft.
موضوع این پایان نامه تخمین عمر شافت روتور اصلی بالگرد است. از آنجایی که به دلایل عملی مانند محدودیت های بازرسی کاربرد روش تحمل آسیب برای شافت موردنظر غیر ممکن است، بر اساس مقررات باید از روش عمر ایمن برای تخمین عمر استفاده کرد. با توجه به اینکه که بارگذاری شافت مورد نظر غیر تناسبی است و جنس شافت مورد نظر دارای نرمی کمی است از یک معیار صفحه بحرانی که ترکیبی از دامنه تنش برشی و حداکثر تنش عمودی روی صفحه بحرانی را به عنوان پارامتر آسیب در نظر می‌گیرد استفاده شد.به منظور تخمین عمر، معیار صفحه بحرانی فیندلی استفاده شد. بارگذاری های وارد بر شافت مورد نظر، اثر قطعات مختلف چون صفحه دم، روتور دم و هاب بر بارگذاری این شافت بررسی شد. چون تغییرات گشتاور پیچشی و نیروی تراست در اثر دوران پره‌ها متفاوت است دو تحلیل جداگانه اجزا محدود برای هر یک از این دو بارگذاری انجام شد. به دلیل تقارن شافت مورد نظر، یک سی ام این شافت شامل یک دندانه هزارخار تحلیل شد. برای تخمین عمر با معیار صفحه بحرانی فیندلی یک کد به زبان APDL در نرم افزار انسیس نوشته شد. با توجه به رفتار خطی ماده، این کد با استفاده از اصل جمع آثار و نتایج دو تحلیل اجزا محدود بارگذاری های گشتاور پیچشی و نیروی تراست، تغییرات تانسور تنش در هر گره را در اثر دوران پره ها بدست می آورد. این کد ضریب بار 5/2 را برای در نظر گرفتن بدترین مانور بالگرد اعمال می‌کند. کد فوق دامنه تنش برشی را بر اساس روش کوچکترین دایره محیطی محاسبه می‌کند. این کد، صفحه بحرانی را بر اساس معیار فیندلی تعیین می‌کند و با مقایسه پارامتر آسیب با خصوصیات ماده، عمر را پیش بینی می‌کند. خروجی این کد کانتور عمر روی المان های مربوط به گره های انتخابی است. عمر روی گره هایی که حداکثر و حداقل مؤلفه های تانسور تنش روی آنها رخ می‌دهد محاسبه و از بین آنها محل بحرانی تعیین شد. محل بحرانی گرهی در ریشه دندانه هزارخار 1 است. عمر شافت در این گره برای بحرانی ترین مانور 4389542 معادل حدود 250 ساعت پرواز محاسبه شد. کانتور عمر روی المان های اطراف این گره(یک دندانه هزارخار) ترسیم شد. با تغییر بارهای اعمالی با ضریب 5/0 تا 5/1، تغییرات نتایج خستگی در محل بحرانی مشاهده و نمودار حساسیت خستگی ترسیم شد. نمودار حساسیت خستگی نشان داد که اگر تنش های اعمالی به نصف کاهش یابند عمر شافت بی‌نهایت خواهد شد و افزایش 50 درصدی تنش های اعمالی 66 درصد کاهش عمر را منجر می شود. استفاده از فولاد 4340 که دارای تنش تسلیم Ksi 125 است 99 درصد کاهش عمر و استفاده از فولاد 4130، 55 درصد کاهش عمر را به همراه دارد. لغات کلیدی: تخمین عمر، بارگذاری غیر تناسبی، روش صفحه بحرانی، شافت روتور اصلی بالگرد

ارتقاء امنیت وب با وف بومی