Uçak kanadı ana kirişi profil gövdesinin kararlı ve kararsız kırılma modlarının sonlu elemanlar yöntemi ve analitik yöntemlerle karşılaştırmalı olarak incelenmesi
Investigation of the stability and instability failure modes of aircraft wing main spar web and comparison with fem and analytical methods
Yazar: BERK KAPLANLIOĞLU
Danışman: YRD. DOÇ. DR. NİHAT GEMALMAYAN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Havacılık Mühendisliği = Aeronautical Engineering ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Uçak sistemlerinde kanat bölgesindeki ana kiriş (main spar), çevresel aerodinamik yüklerin etkisiyle basma, çekme, eğilme ve kesme yüklerine maruz kalır. Bu kuvvetlerin sebep olduğu gerilmeler altında kiriş gövde ve flanşları kopma, akma gibi kararlı; bükülme (crippling), burkulma (buckling)   gibi kararsız kırılma modları etkisi altına girer. Bu tez kapsamında uçak kanadı ana kiriş gövdesi, "normal gerilme" ve kararsız kırılma modlarından biri olan "burkulma" açısından analitik yöntemler ve sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak incelenmiş, sonuçlar karşılaştırılarak değerlendirilmiştir.

Detay model standartlara uygun olarak hazırlandığı ve doğruluğundan emin olunabildiği takdirde en iyi ve gerçeğe en yakın sonucu veren analiz yöntemidir. Ancak tüm bir uçağı detaylı modellemek zaman ve maliyet açısından çok fazla yük getirecek bir durum olduğundan her koşulda kullanılacak bir yöntem değildir.
 
İlk prototipi yapılan uçaklarda kaba model yaklaşımları kullanılarak daha emniyetli tarafta kalmak tercih edilebilir. Hızlı ve güvenilir boyutlandırma yapmak için kaba model son derece kullanışlıdır. Ayrıca detay model ve kaba model ile gerilme değerleri açısından karşılaştırma yapıldığında değerler arasındaki oransal fark maksimum %8.68 olarak bulunduğundan ve bu farkın radyus geçişi gibi gerilme konsantrasyon yüksek olduğu bölgede olduğu düşünüldüğünde panel üzerindeki gerilme değerlerinin tahmini için kaba model oldukça güvenilir sonuçlar vermektedir.

Bu çalışma sonunda kaba model kullanılarak analitik yöntemlerle elde edilen sonuçlar belirli ölçüde detay model ile doğrulanmış, hazırlanan analitik metodoloji bu tip problemlerde kullanılabilecek genel bir makro haline getirilmiştir.

Abstract:
Main spar of wing in aircraft systems is subjected to compression, tension, bending and shear forces due to aerodynamic loads. Under stresses due to the effect of these loads, stability (yield, ultimate) and instability (buckling, crippling) failure modes occur in main spar web and flanges. Within the scope of this thesis, aircraft wing main spar web is investigated for its normal stresses and its buckling strength which is an instability failure mode by using analytical methods and finite elements methods. These results are compared and evaluated. 

Fine FEM analysis method gives the best and most realistic results provided that the model is prepared according to standards and is verified. However, fine FEM of the entire aircraft takes so long time and requires too much effort. Thus it is not preferred to use in every case. 

For the first prototype of an aircraft, coarse FEM approaches can be preferred to be more conservative. The coarse FEM is very useful to perform fast and reliable sizing. Furthermore, estimating stress values on a panel by using coarse FEM proves reliable results when considering the maximum difference ratio between fine and coarse model is found as 8.68% due to a fillet which is a high stress concentration region.


At the end of this thesis, therefore, a macro is written and developed based on analytical method and analytical results which are verified by finite element method.