Bir uçağın basınç duvarının yapısal optimizasyonu
Structural optimization of an aircraft pressure bulkhead
Yazar: EMRE YABAN
Danışman: PROF. DR. MÜFİT GÜLGEÇ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Optimizasyon = Optimization

Özet:
Bu çalışmada, elastik katı bir uçak parçasının topolojik optimizasyonu ve boyutlandırma analizi yapılmıştır. Topoloji optimizasyonu önceden belirlenen sınır şartları ve yükler altında belirli bir alanda kısıtları sağlarken bir hedefi maksimumuna yada minimumuna getirerek optimum kütle dağılımının bulunması için kullanılmıştır. Topoloji optimizasyonu için bir evrimsel optimizasyon algoritması geliştirilmiştir. Geliştirilen algoritma sonrasında, Visual Basic dilinde bir bilgisayar programı yazılmıştır. Bu program MSC.PATRAN ve MSC.NASTRAN programları ile eşzamanlı çalışacak şekilde oluşturulmuştur. Bu program uçak parçalarından basınç duvarı için çalıştırılmış ve sonuçlar elde edilmiştir. Diğer yandan aynı uçak parçası için boyutlandırma analizi iki boyutlu elemanlardan oluşan bir sonlu elemanlar modeli ile yapılmıştır. Bu sebeple bu çalışmada mühendisliğin iki önemli konusu olan sonlu elemanlar yöntemi ve yapısal topoloji optimizasyonu ele alınmıştır. Bir uçak parçasının kavramsal tasarımında EYO metodunun kullanılabilirliği denenmiştir. Yapının optimizasyonu sonucunda elde edilen model ile boyutlandırma analizi sonucu elde edilen yapı karşılaştırılmıştır.Elde edilen sonuçlara göre, tanımlı yük ve sınır şartları altında, topoloji optimizasyonu yapılmış basınç duvarı modelinin boyutsal analizi yapılan modele göre daha homojen bir yük dağılımına sahip olduğu ve ağırlığında %25 seviyelerine varan bir hafifleme olduğu görülmüştür.Sonuçların incelenmesi ile Evrimsel algoritma ile bir uçak parçasının topolojik optimizasyonunun mümkün olduğu fakat bazı iyileştirici değişikliklerin yapılmasının uygun olacağı görülmüştür.Anahtar Kelimeler : Topoloji optimizasyonu, yapısal optimizasyon

Abstract:
In this study, topological optimization and sizing analysis of an elastic solid aircraft component are performed. Topological optimization maintains optimum mass distribution, targeting design variable maximum or minimum while satisfying constraints on a design domain under predefined boundary conditions and loads. An evolutionary algorithm is developed for topological optimization. After development of algorithm, a program is coded using Visual Basic language. The program is designed to process simultaneously with MSC.PATRAN and MSC.NASTRAN. Developed program is run for an aircraft part, pressure bulkhead, and results are obtained. Besides sizing analysis is performed by using 2D FEM elements for same structural aircraft part. Therefore the two major content of engineering, FEM analysis and structural optimization with evolutionary algorithms are discussed on this study. The ESO method availability is to be utilized in a conceptual design of an aircraft component. The model obtained with structural optimization is to be compared with the existing design constructed by size analysis.According to outcome, for defined boundary conditions and constraints, the topological optimized pressure bulkhead model reveal more homogenized load distribution and weight reduction up to 25% compared with sizing optimized model.Evaluation of results reveals that topological optimization of an aircraft part by using evolutionary algorithm is applicable but some improvement actions can be done for future studies.Key Words : Topological optimization, structural optimization