Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences (한국항공우주학회지)

The Korean Society for Aeronautical and Space Sciences (한국항공우주학회)
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Fatigue Analysis based on Kriging for Flaperon Joint of Tilt Rotor Type Aircraft

틸트 로터형 항공기의 플랩퍼론 연결부에 대한 크리깅 기반 피로해석

  • 박영철 (항국항공대학교 대학원) ;
  • 장병욱 (항국항공대학교 대학원) ;
  • 임종빈 (항국항공대학교 대학원) ;
  • 이정진 (항공우주연구원 스마트 무인기 개발팀) ;
  • 이수용 (한국항공대학교 항공우주 및 기계공학부) ;
  • 박정선 (한국항공대학교 항공우주 및 기계공학부)
  • Published : 2008.06.01
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Abstract

The fatigue analysis is performed to avoid structural failure in aerospace structures under repeated loads. In this paper, the fatigue life is estimated for the design of tilt rotor UAV. First of all, the fatigue load spectrum for tilt rotor UAV is generated. Fatigue analysis is done for the flaperon joint which may have FCL(fracture critical location). Tilt rotor UAV operates at two modes: helicopter mode such as taking off and landing; fixed wing mode like cruising. To make overall fatigue load spectrum, FELIX is used for helicopter mode and TWIST is used for fixed wing mode. The other hand, the Kriging meta model is used to get S-N regression curve for whole range of material life when S-N test data are analyzed. And then, the second order of S-N curve is accomplished by the least square method. In addition, the coefficient of determination method is used to ensure how accuracy it has. Finally, the fatigue life of flaperon joint is compared with that obtained by MSC. Fatigue.

피로해석은 반복하중 하에서의 항공우주 구조물에 대한 구조적 파괴를 예방하기 위해 수행된다. 본 논문에서는 틸트로터형 무인 항공기에 대하여 피로수명에 대한 평가를 하였다. 먼저 틸트로터형 무인항공기의 기동에 맞는 하중 스펙트럼을 생성해 내었으며, F.C.L. 부품중 하나인 플랩퍼론 연결부위에 대하여 피로해석을 수행 하였다. 틸트로터형 무인항공기는 크게 두 가지 기동 형태로 나눌 수 있는데, 이 착륙시의 헬리콥터 형태와 순항시의 고정익 형태가 되겠다. 전체적인 피로하중 스펙트럼을 만들기 위해서 헬리콥터 형태에는 FELIX를, 고정익 형태에서는 TWIST를 사용하였다. 한편으로는, S-N 실험점이 해석에 사용될 때 재료수명의 전 영역에 대한 S-N 회귀식을 얻기 위하여 크리깅 메타 모델이 사용되었다. 그리고 최소 자승법을 이용한 이차 회귀식에 대한 S-N 커브 역시 생성하였다. 더욱이 이 커브들이 갖고 있는 정확도를 측정하기 위하여 결정 계수법을 사용하였다. 마지막으로는 플랩퍼론 연결 부위에 대한 피로수명 결과를 MSC. Fatigue와 비교하였다.

Keywords

References

  1. Edwards, P. R. and Darts J., "Standardized Fatigue Loading Sequence for Helicopter Rotors (Helix and Felix)," NLR TR 84043 U, 1984, Part 1 and 2
  2. Jonge de J. B., Schutz D., Lowak H. and Schijve, J., "Standardized Load Sequence for Flight Simulation Tests on Transport Aircraft Wing Structures," Amsterdam, The Netherlands, LBF-BERICHT F106, NLR TR 73029 U, 1973
  3. Richard, C. R., SAE Fatigue Design Handbook, Third edition, SAE, 1997
  4. Bannantine, J. A., "A Variable Amplitude Multi axial Fatigue Life Prediction Method," Fracture Control Program Report No. 151, College of Engineering University of Illinois at Urbana- Champaign, 1989
  5. Bannantine, J. A., Comer, J. J. and Handrock, J. L., Fundamentals of Metal Fatigue Analysis, Prentice Hall, 1990
  6. Sacks, J., Welch, W. J., Mitchell, T J. and Wynn, H. P., "Design and Analysis of Computer Experiments," Statistical Science, Vol. 4, 1989, pp. 409-435 https://doi.org/10.1214/ss/1177012413
  7. Simpson, T. W., Mauery, T. M., Korte, J. J. and Mistree, F., "Comparison of Response Surface and Kriging Models for Multidisiplinary Design Optimization," 7th AIAA/USAF/NASA/ISSMO Symposium on Multidisiplinary Analysis & Optimization, Vol. 1, 1998, pp. 381-391
  8. Kai Yang, Basem El-Haik, Design for Six Sigma, chapter 12, McGraw-Hill, 2005
  9. Miner, M. A., "Cumulative Damage in Fatigue," J. Appl. Mech., 1945, 12:A159-A164
  10. Mil-HDBK-5H NOTICE 1, 2001, pp. 2-32
  11. 권정호, 최영걸, "소형 항공기의 피로하중 스펙트럼 산출기법", 한국항공우주학회지, 제 21권 5호, 1993, pp. 94-106

Cited by

  1. Fatigue Life Prediction of a Laser Peened Structure Considering Model Uncertainty vol.39, pp.12, 2011, https://doi.org/10.5139/JKSAS.2011.39.12.1107