Proje Başlığı: UÇAK YAPILARININ VE YAPISAL TEST ADETLERİNİN OLASILIKSAL YÖNTEMLER KULLANARAK EŞZAMANLI OPTİMİZASYONU
Proje Destek Başlangıç ve Bitiş Tarihleri: 01.05.2010 - 01.05.2013
Yürütücü Kuruluş: TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi (TOBB ETÜ)
Proje Ekibi:
Y. Doç. Dr. Erdem Acar, Yürütücü, TOBB ETÜ.
Merve Turinay, Bursiyer (lisansüstü), TOBB ETÜ.
R. Çiğdem Usta, Bursiyer (lisansüstü), TOBB ETÜ.
Samad Nadimi Bavil Oliaei, Bursiyer (lisansüstü), ODTÜ.
Proje Özeti:
Uçakların yapısal tasarımı hala deterministik yaklaşımlar kullanılarak yapılmaktadır. Deterministik yaklaşım, emniyet faktörü ve müsaade edilebilir değerler kullanımına dayanan geleneksel yaklaşımdır. Bu yaklaşımda, yüklemelerdeki belirsizliklere karşı korunmak için emniyet faktörü kullanılırken, malzeme özelliklerindeki belirsizliklere karşı da müsaade edilebilir değerler kullanılır. Örneğin, Amerika Birleşik Devletleri Federal Havacılık Regülasyonlarına göre, sivil uçak yapılarında emniyet faktörü olarak 1.5 ve müsaade edilebilir değerler olarak da A veya B-tabanlı değerler kullanılır. Son yıllarda, deterministik yöntemler yerine olasılıksal yöntemlerin uçak yapılarının tasarımına uygulanması üzerine yapılan çalışmalar artmıştır.
Literatürdeki olasılıksal optimizasyon çalışmalarının çoğunda, yalnızca tasarım aşamasındaki değişkenler hesaba katılarak yapısal emniyet eniyileştirilmiştir. Ancak, tasarım sonrası uygulanan birçok tedbir (örneğin; yapısal testler, bakım/onarım, yapısal sağlık denetimi) belirsizlikleri azaltarak, emniyeti daha da iyileştirilebilir. Daha etkin tasarımlar elde edebilmek için, tasarım sonrası tedbirlere ait değişkenlerin henüz tasarım aşamasında iken hesaba katılması gerekir. Bu projede, tasarım sonrası uygulanan tedbirler içinden yapısal testler ele alınmış, malzeme kupon testlerinin ve yapısal eleman testlerinin adetlerinin belirlenmesi üzerine odaklanılmıştır. Proje kapsamındaki çalışmalarda iki adet uygulama problemi incelenmiştir. Birinci uygulama probleminde bir takviyesiz uçak panelinin statik yükleme altında tasarımı ele alınırken, ikinci uygulama probleminde takviyeli bir uçak gövde panelinin kırılmaya karşı tasarımı ele alınmıştır. Her iki uygulama problemi için de, birim ağırlık maliyetinin panelin tasarımı ve yapının test adetlerinin belirlenmesi üzerine etkisi incelenmiştir. Birim ağırlık maliyeti arttıkça, gerek eleman testinin optimum adetinin gerekse toplam maliyet kazancının arttığı gözlemlemiştir. Ayrıca, takviyesiz panellerden oluşan bir sembolik kanat ve kuyruk sistemi incelenmiş ve optimum sistem tasarımı için şunlar gözlenmiştir: (i) kanadın hasar olasılığı kuyruğunkinden yüksek olmalıdır, (ii) kanat yapısal elemanları için kuyruk yapısal elemanlarından fazla sayıda test yapılmalıdır, (iii) kanat tasarımında kullanılan mukavemet indirgeme faktörü, kuyruk tasarımında kullanılan mukavemet indirgeme faktöründen daha yüksek olmalıdır, (iv) kanat ve kuyruk için malzeme kupon testlerinin optimum adeti birbirine yakındır ve 72-79 arasında olmalıdır.
Yukarıdaki çalışmalara ek olarak, proje kapsamında “Güdümlü Kuyruk Modelleme (GKM)” olarak adlandırılan yeni bir güvenilirlik analizi yöntemi geliştirilmiştir. Klasik kuyruk modelleme yönteminin doğruluk derecesini artırmak üzere geliştirilen GKM yöntemi, birçok matematik ve yapısal mekanik örnek problemine uygulanmış ve klasik kuyruk modelleme yönteminden daha doğru sonuçlar elde edilmiştir.
Anahtar Kelimeler: Belirsizlik altında tasarım, Olasılıksal yöntemler, Optimizasyon, Uçak yapıları, Vekil Model, Yapısal ağırlık, Yapısal emniyet, Yapısal test.
Proje Çıktıları:
M. Turinay, "Bir Takviyesiz Uçak Panelinin ve Yapısal Test Adetlerinin Olasılıksal Yöntemler Kullanarak Eşzamanlı Eniyileştirilmesi," Yüksek Lisans Tezi, TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, (2010).
R. Çiğdem Usta, "Takviyeli Bir Uçak Gövde Panelinin ve Yapısal Test Adetlerinin Olasılıksal Yöntemler Kullanarak Eşzamanlı Eniyileştirilmesi," Yüksek Lisans Tezi, TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, (2013).
E. Acar, "Various Approaches for Constructing an Ensemble of Metamodels Using Local Measures, Structural and Multidisciplinary Optimization, 42 (6), 879-896, (2010).
E. Acar, "Guided Tail Modeling for Efficient and Accurate Reliability Estimation of Highly Safe Mechanical Systems," Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, 225 (5), 1237-51 (2011).
E. Acar, "Reliability-Based Design of Representative Wing and Tail System Together with Structural Tests," Journal of Aircraft, 48 (6), 2130-44, (2011).
E. Acar, "Reliability Prediction through Guided Tail Modeling using Support Vector Machines," Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, 227 (12), 2780-2794 (2013).
E. Acar, R.T. Haftka, N.H. Kim, M.Turinay, C. Park, "Reliability-Based Structural Design of Aircraft Together with Future Tests," 51st AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference, Orlando, Florida, 12 - 15 Nisan (2010).
E. Acar, "Efficient Reliability Assessment of Highly Safe Mechanical Systems through Guided Tail Modeling," 14th International Conference on Machine Design and Production, Güzelyurt, KKTC, 29 Haziran - 02 Temmuz (2010).
E. Acar, M. Turinay, R.T. Haftka, "Birim Ağırlık Maliyetinin Bir Takviyesiz Uçak Panelinin Yapısal Tasarımı ve Yapının Test Adetlerinin Belirlenmesi Üzerine Etkisi," III. Ulusal Havacılık ve Uzay Konferansı, Anadolu Üniversitesi, Eskişehir, 16-18 Eylül (2010).
E. Acar, "Reliability-Based Structural Design of a Representative Wing and Tail System Together with Structural Tests," 52nd AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference, Denver, CO, 4-7 Nisan (2011).
E. Acar, "Determining Optımum Number of Structural Element Tests for Wing, Horızontal and Vertıcal Tails," 6th Ankara International Aerospace Conference, Ankara, TURKEY, 14-16 Eylül (2011).
R.Ç. Usta, E. Acar, "Yapısal Testlerin Bir Uçak Gövdesi Takviyeli Panelinin Güvenilirliği Üzerine Etkisi," IV. Ulusal Havacılık ve Uzay Konferansı, Hava Harp Okulu, İstanbul, 12-14 Eylül (2012).
E. Acar, "Reliability Estimation through Guided Tail Modeling using Support Vector Machines," 14th AIAA/ISSMO Multidisciplinary Analysis and Optimization Conference, Indianapolis, Indiana, 17-19 Eylül (2012).
E. Acar, R.Ç. Usta, "Simultaneous Design of a Stiffened Fuselage Panel and Number of Structural Tests," 54th AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference and Co-located Events, Boston, Massachusetts, 8-11 Nisan (2013).