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Advisor(s)
Abstract(s)
Fatigue is a phenomenon caused by dynamic loads which is characterised by the propagation of cracks
and can culminate in the complete fracture of a material. In the military aeronautical sector, particularly in pilot training, this problem takes on special importance given the diversity of missions and
manoeuvres that are carried out. The Epsilon TB-30 aircraft is used in the Portuguese Air Force for basic
piloting instruction in the 101st Fleet, at the Air Base 11 in Beja. Within the scope of Structural Integrity
monitoring, a fleet aircraft was recently instrumented with a system that includes the installation of an
accelerometer at the aircraft’s centre of gravity and five strain gauges in critical locations of the aircraft,
,which led to the definition of the main objectives of this work: the development of an automatic crack
propagation tool for a critical location in the aircraft structure, as well as the comparison of the crack
growth rate when subjected to a severe and non-severe flight regime, typical flights in the operation of
the Epsilon fleet.
In order to simulate the crack propagation, this work included a finite element model developed in Ansys
software to obtain the stress intensity factor values for several crack sizes. It was also carried out, with
the resource to Matlab, the crack propagation modeling using the Walker and NASGRO propagation laws
to get an expression for the geometric factor Y. Subsequently, a comparison analysis of crack growth
behaviour for different flight severity regimes, propagation laws and initial crack sizes was conducted.
Finally, a web application was developed to straightforwardly and automatically simulate the crack propagation for a real-world flight.
A fadiga é um fenómeno causado por cargas dinâmicas que se caracteriza pela propagação de fissuras e pode culminar na rotura total de um material. No sector aeronáutico militar, particularmente na formação de pilotos, este problema assume especial importância dada a diversidade de missões e manobras que são levadas a cabo. O avião Epsilon TB-30 é utilizado na Força Aérea Portuguesa para instrução básica de pilotagem na Frota 101, na Base Aérea nº11 em Beja. No âmbito da monitorização da integridade estrutural, uma aeronave da frota foi recentemente instrumentada com um sistema que inclui a instalação de um acelerómetro no centro de gravidade da aeronave e cinco extensómetros em locais críticos da aeronave, o que levou à definição dos principais objectivos deste trabalho: o desenvolvimento de uma ferramenta de propagação automática de fenda para um local crítico na estrutura da aeronave, bem como a comparação na propagação de uma fenda quando sujeita a um regime de voo severo e não-severo, voos típicos na operacção da frota Epsilon. A fim de simular a propagação da fenda, este trabalho incluiu um modelo de elementos finitos desenvolvido no software Ansys para a obtenção dos valores do factor de intensidade de tensão para vários tamanhos de fenda. Foi também realizado, com o recurso a Matlab, a modelação da propagação da fenda utilizando as leis de propagação Walker e NASGRO para a obtenção de uma expressão para o factor geométrico, Y. Posteriormente, foi realizada uma análise comparativa do comportamento de crescimento da fenda para diferentes regimes de severidade de voo, leis de propagação e tamanhos iniciais da fenda. Finalmente, foi desenvolvida uma aplicação web que permite simular de forma simples e automática a propagação da fenda para um voo real.
A fadiga é um fenómeno causado por cargas dinâmicas que se caracteriza pela propagação de fissuras e pode culminar na rotura total de um material. No sector aeronáutico militar, particularmente na formação de pilotos, este problema assume especial importância dada a diversidade de missões e manobras que são levadas a cabo. O avião Epsilon TB-30 é utilizado na Força Aérea Portuguesa para instrução básica de pilotagem na Frota 101, na Base Aérea nº11 em Beja. No âmbito da monitorização da integridade estrutural, uma aeronave da frota foi recentemente instrumentada com um sistema que inclui a instalação de um acelerómetro no centro de gravidade da aeronave e cinco extensómetros em locais críticos da aeronave, o que levou à definição dos principais objectivos deste trabalho: o desenvolvimento de uma ferramenta de propagação automática de fenda para um local crítico na estrutura da aeronave, bem como a comparação na propagação de uma fenda quando sujeita a um regime de voo severo e não-severo, voos típicos na operacção da frota Epsilon. A fim de simular a propagação da fenda, este trabalho incluiu um modelo de elementos finitos desenvolvido no software Ansys para a obtenção dos valores do factor de intensidade de tensão para vários tamanhos de fenda. Foi também realizado, com o recurso a Matlab, a modelação da propagação da fenda utilizando as leis de propagação Walker e NASGRO para a obtenção de uma expressão para o factor geométrico, Y. Posteriormente, foi realizada uma análise comparativa do comportamento de crescimento da fenda para diferentes regimes de severidade de voo, leis de propagação e tamanhos iniciais da fenda. Finalmente, foi desenvolvida uma aplicação web que permite simular de forma simples e automática a propagação da fenda para um voo real.
Description
Keywords
Ansys Fator de Intensidade de Tensão Fator Geométrico Leis de Propagação Propagação de Fenda Regimes de Voo