Skip to main content
SUPERVISOR
Hassan Moosavi,MohammadReza Forouzan
حسن موسوی (استاد راهنما) محمدرضا فروزان (استاد مشاور)
 
STUDENT
Emad Owhadi
عماد اوحدی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1387

TITLE

Design of Airplane’s Tailboom by Topology Optimization Method
: In the current project, a Tailboom of a sample airplane was designed by topology optimization method and then the produced plan was optimized in order to reduce the mass as much possible.At first, topology optimization method is explained in this project. Then, airplane structure and its related forming materials along with airplane manoeuvre around its main axis are introduced. In the next step, the Tailboom of a light airplane is selected and modeled in CATIA software. In this model the Tailboom contains different parts: main body, horizontal stabilizer and vertical stabilizer. Then topology optimization is applied on this model with three different loading cases in finite element software ANSYS. These three loading cases are:1)imposed forces to horizontal stabilizers while taking off of the airplane,2)imposed forces on the horizontal stabilizer during the cruise airplane flight under vertical direction of wind and 3)imposed forces to horizontal and vertical stabilizer during the cruise airplane flight under side wind regime.By applying the topology optimization on this partial structure, the pass of the forces and overall shape of Tailboom is obtained. For investigating load paths as well as overall shape of the Tailboom, a pseudo density with values between 0 and 1 is considered for each element as the design variable. By relating stiffness of each element to this pseudo density and defining the minimum compliance as the objective function and the maximum volume fraction as the constraint, the elements which have a less structure related role are omitted during the optimization process to minimize the mass of the structure. Minimization compliance under multi-loading cases is a multidisciplinary optimization problem, since compliance of each loading condition is an objective function that should be minimized. In this work, weighted sum method that minimizes linear combination of objective functions is used for minimizing weighted sum compliance. But the value of each weight is determined by means of Pareto optimality concepts.By extracting and investigating the results of the topology optimization a conceptual plan was discovered and then modeled by BEAM element. At the last step, optimization processes, were applied on the obtained model by the method stated in the first step in order to reduce the weight. Finally, the optimized sections were rounded to the standard value according to DINEN10055, and then resolved and reanalyzed under the three loading cases.The result showed that small sections and uniform distribution of stress contours and also low value of stress and deflection of Tailboom structure validate the effectiveness and good performance of the topology optimization method in designing the structure. Keywords: Topology optimization, Optimization, Design, Airplane structure, Airplane Tailboom
: امروزه در علم طراحی مکانیک، هدف تنها طراحی وسیله ای جهت برآوردن نیاز نمی باشد، بلکه طراحی بهینه و کاهش وزن محصولات، نه تنها یک اختیار که یک الزام است. این موضوع در مورد محصولات صنعت هوا-فضا از اهمیت بیشتری برخوردار می باشد. در همین راستا طراحی TailBoom یک هواپیمای مدل به وسیله روش بهینه سازی توپولوژی انجام و سپس طرح حاصله، با هدف حداقل سازی جرم آن تحت بهینه سازی قرار گرفته است. در این پروژه ابتدا توضیحاتی پیرامون بهینه سازی به روش توپولوژی آورده شده است. سپس سازه هواپیما و اجزای تشکیل دهنده آن و همینطور مانور های هواپیما حول محورهای اصلی آن، به طور مختصر معرفی شده اند. در گام بعد،TailBoom یک هواپیمای سبک انتخاب شده و بهینه سازی توپولوژی مدل برای سه حالت بارگذاری انجام گرفته است.سه حالت بارگذاری عبارتند از نیروهای وارده به سکان های عمودی و افقی هواپیما در حالت برخاست هواپیما، پرواز هواپیما تحت جریان باد عمودی و پرواز هواپیما تحت جریان باد جانبی. با انجام بهینه سازی توپولوژی بر روی سازه، مسیر های انتقال نیرو و هیبت کلی TailBoom بدست آمده است. بدین منظور به هر المان چگالی فرضی بین 0 تا 1 نسبت داده شد و با ارتباط سختی هر المان به این چگالی فرضی، در طی روند بهینه سازی با هدف حداقل نرمی سازه، المان هایی که دارای نقش سازه ای کمتری بودند حذف شدند. با تفسیر نتایج بهینه سازی توپولوژی طرحی مفهومی ارائه و به وسیله المان های تیر مدل و آنالیز گردیدند. و در گام آخر مدل تهیه شده با هدف کاهش وزن، تحت عملیات بهینه سازی به روش مرتبه اول قرار گرفت. در نهایت مدل بدست آمده تحت هر سه حالت بارگذاری حل و تحلیل گردید. کوچک بودن مقاطع محاسبه شده و همچنین توزیع یکنواخت کانتور تنش، نشان از کارایی روش بهینه سازی توپولوژی در طراحی سازه ها دارد. کلمات کلیدی: بهینه سازی توپولوژی، بهینه سازی، طراحی، TailBoom هواپیما، سازه هواپیما

ارتقاء امنیت وب با وف بومی