Skip to main content
SUPERVISOR
Reza Gafari nadooshan,Mohammad Sheykhzadeh
رضا جعفری ندوشن (استاد راهنما) محمد شیخ زاده (استاد راهنما)
 
STUDENT
Jalil Hajrasouliha
جلیل حاج رسولیها

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی نساجی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1391

TITLE

Geometrical analysis and simulation of bending performance of the composite wing skin of unmanned aerial vehicle manufactured by the braiding method
Composite materials are being widely used nowadays in various engineering structures including airplanes, unmanned aerial vehicles (known as drones), automobiles, sports equipment, bridges, and structures. Their vast applications in different industries are due to their high specific stiffness and strength, high production rate, ease of fabricating complex shapes, long lifespan, and so on. In this regard, employing textile composites in which the reinforcement part is a textile preform is on the rise in diverse industries, especially in the aerospace industry. So, the majority of researchers in aerospace companies, like NASA and Boeing, are interested in composite materials based on textile composites. Textile preforms are divided into two groups: two-dimensional and three-dimensional, according to the final structure of fibers or yarns in the textile preforms. Among the various textile preforms including woven, knitted, braided and stitched ones, the braiding process, due to its high capability of formability, can efficiently fabricate preforms with complex shapes; this can occur in such a way that post-processes like cutting, stitching parts, and manually placing fiber in different directions are not required anymore. Thus, the production cost and time are reduced. In this study, two-dimensional biaxially and triaxially braided preforms produced by the circular braiding machine were employed in order to integrally fabricate the wings of unmanned aerial vehicle. For this purpose, the spatial orientation of the braided yarns on a mandrel with constant arbitrary cross-section had to be investigated initially through the circular braiding process. In this regard, two theories were offered in this research to determine the braid angle. Accordingly, to verify the proposed theories, mandrels with circular, elliptical and egg-shaped cross-sections were chosen and braided. Then, the braid angles were measured using the image processing techniques on the mandrels’ surface and compared with the theoretical values. Therefore, the first aim of this research was choosing an appropriate theory to determine the braid angle on the mandrels with the constant arbitrary cross-sections. Furthermore, in order to simulate the two-dimensional biaxially and triaxially braided composites with circular, elliptical and egg-shaped cross-sections in the ABAQUS software, the governing equations in the geometrical modeling of a repeated unit cell and the effective stiffness matrix of the two-dimensional biaxially and triaxially braided composites were derived and employed in finite element modeling as the VUMAT subroutine. Based on the results obtained from the finite element modeling and the experimental tests (four-point bending), it could be concluded that the new theoretical and geometrical relations obtained in this research were of high accuracy and could be, therefore, used in analyzing, simulating and fabricating various braided composite parts with the constant arbitrary cross-sections. Finally, in order to employ the relations in real-time applications, the proposed theoretical and geometrical relations were used in simulating biaxially and triaxially braided composites with the NACA 23018 airfoil cross-section. Then, the finite element modelling results were compared with the experimental ones, achieving a good agreement.
امروزه، کامپوزیت ها در انواع سازه های مهندسی شامل هواپیما، پرنده های بدون سرنشین، خودرو، وسایل ورزشی، پل، ساختمان و پزشکی در حجم وسیعی مورد استفاده قرار می گیرند.کاربرد وسیع کامپوزیت ها در صنایع مختلف، متأثر از استحکام ویژه و سفتی ویژه hy;ی بسیار مناسب این مواد، سرعت تولید بالا، قابلیت بسیار مناسب آن ها در ساخت سازه های مختلف با شکل های پیچیده، طول عمر بالا و غیره می باشد. یکی از روش های بسیار مهم و کاربردی در راستای افزایش این مشخصه ها، استفاده از پیش شکل یافته های نساجی بوده که منجر به ساخت کامپوزیت های نساجی خواهد شد. با ورود کامپوزیت های نساجی به صنایع مختلف بالاخص صنایع هوافضا، تحول عظیمی در این صنایع آغاز گردید. بطوریکه امروزه عمده ی پروژه های تحقیقاتی در شرکت های فعال در زمینه ی هوافضا همچون ناسا و بوئینگ در حوزه ی کامپوزیت ها، بر روی کامپوزیت های نساجی می باشد. در میان انواع پیش شکل یافته های نساجی که عمدتاً پیش شکل یافته های دوخت شده، تاری- پودی، بریدینگ و حلقوی بوده، ساختارهای برید با توجه به قابلیت شکل پذیری بالای آن ها، قادر به قرار گرفتن بر روی عمده ی شکل های پیچیده می باشند و بنابراین نیاز به بریدن و یا دوختن خیلی از قسمت ها به هم و قرار دادن الیاف یا نخ در جهات مختلف به صورت دستی را از بین می برد و لذا این پتانسیل باعث کاهش چشمگیر هزینه ها و زمان شده که برای ساخت بسیاری از سازه های هوایی مناسب خواهد بود. استفاده از پیش شکل یافته های برید دوبعدی دو محوری و سه محوری تولید شده در ماشین بریدینگ مدور جهت ساخت یکپارچه ی پوسته ی کامپوزیتی بال پرنده ها ی بدون سرنشین و همچنین تحلیل هندسی و بررسی عملکرد خمشی آن ها، ایده ی محوری و خلاقانه ای بود که برای نخستین بار در این پژوهش، مورد تحلیل و بررسی قرار گرفت. برای رسیدن به این هدف، ابتدا می بایستی مرحله ی مهمی همچون نحوه ی آرایش گیری نخ ها بر روی یک مغزی با سطح مقطع دلخواه و ثابت در طول با انجام عملیات برید درماشین بریدینگ مدور مورد بررسی قرار می گرفت. جهت رسیدن به این منظور دو نظریه جهت تعیین زاویه برید ارائه گردید. پس از آن جهت راستی آزمایی نظریه hyhy;های ارائه شده برای تعیین زاویه hy;ی برید، مغزی هایی با سطح مقطع های دایروی، بیضوی و تخم مرغی شکل انتخاب و برید شده و با استفاده از پردازش تصویر زوایای برید بر روی سطح این مغزی ها استخراج و با نتایج تحلیلی مقایسه گردید و در نهایت اولین خروجی پژوهش یعنی تعیین نظریه ی منتخب جهت تعیین زاویه برید بر روی مغزی هایی با سطح مقطع دلخواه و ثابت در طول استخراج گردید. درادامه به منظور شبیه سازی نمونه های کامپوزیتی برید شده ی دو محوری و سه محوری با سطح مقطع های دایروی، بیضوی و تخم مرغی شکل در نرم افزار آباکوس، روابط حاکم بر مدل هندسی واحد تکرار شونده و ماتریس سفتی مؤثر در کامپوزیت های برید شده ی دوبعدی دو محوری و سه محوری با سطح مقطع دلخواه استخراج و در قالب زیر برنامه های VUMAT جهت انجام شبیه سازی آزمون خمش چهارنقطه ای مورد استفاده قرار گرفت. مقایسه ی نتایج تجربی آزمون خمش چهار نقطه ای و نتایج مدل سازی، نشان دهنده این موضوع بود که کلیه ی تئوری ها و روابط جدید بدست آمده در این پژوهش از دقت بالایی برخوردار بوده و می توان از این روابط جهت استفاده درتحلیل، شبیه سازی و ساخت انواع قطعات کامپوزیتی برید شده با سطح مقطع دلخواه و ثابت در طول استفاده نمود. در نهایت جهت کاربردی نمودن نتایج پژوهش، از کلیه ی تئوری های ارائه شده جهت تحلیل هندسی و شبیه سازی پوسته ی کامپوزیتی بال ساخته شده به روش برید دو محوری و سه محوری با مقطع ایرفویل NACA 23018 استفاده گردید و نتایج شبیه سازی و تجربی مربوط به آزمون خمش چهارنقطه ای برای این بال مورد بررسی و مقایسه قرار گرفت که از مطابقت خوبی برخوردار بود.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی