Yeniden Giriş Paraşüt Enerji Modülatörlerinde Kumaş Örgü Seviyesindeki Arızanın Hesaplamalı Modellenmesi

PDF'yi İndirin: Yeniden Giriş Paraşüt Enerji Modülatörlerinde Kumaş Dokuma Seviyesindeki Arızanın Hesaplamalı Modellenmesi

Enerji modülatörleri (EM), paraşütler açıldığında meydana gelen kapma yüklerini dağıtmak için tasarlanmış tekstil mekanik cihazlarıdır. Şok yüklerin azaltılması açısından kritik olmasına rağmen, son uçuş testleri EM davranışındaki değişkenliğin arttığını gösterdi; bu durum, performans öngörülebilirliği ve dinamik yükleme koşulları altında potansiyel arıza konusunda endişeleri artırdı. Buna yanıt olarak, LS-DYNA simülasyon yazılımını kullanarak kumaş dokuma düzeyinde bir EM'nin hesaplamalı modelini oluşturmak için yeni bir yaklaşım uygulandı. Bu çalışma iki temel hedef halinde organize edilmiştir: (1) EM dikiş modelinin geometrisini ve malzeme davranışını yakalayan birim başına dikiş modelinin geliştirilmesi ve (2) LS-DYNA'da karmaşık, desenli geometriler oluşturma sürecini basitleştirerek, birim modeli bir EM kulağının tüm uzunluğu boyunca kopyalamak için bir Python komut dosyasının uygulanması.

EM'ler tipik olarak bir EM "kulak" oluşturmak üzere katlanan ve naylon zikzak dikiş deseniyle birlikte dikilen uzun bir yapısal Kevlar dokuma şeridinden oluşur. Yerleştirme sırasında bir EM bir eşik yükünün üzerine çekildiğinde, naylon dikiş yırtılır, EM'yi açar ve şok kuvvetlerini dağıtır. Bu süreç, okşama sırasında EM uzantısının aşamalarını örnekleyen Şekil 1'de gösterilmektedir. Nominal durumlarda EM, Kevlar dokumaya çok az zarar vererek temiz bir şekilde yırtılır. Bununla birlikte, kulak boyunca uzanan naylon dikişlerin yükleme sırasında atlandığı, yani bir sıra dikişin sırayla yırtılmadığı anormal durumlar da gözlemlenmiştir. Bu, EM parçalanması olarak adlandırılan çevredeki Kevlar dokumanın arızalanmasına neden olur. Kumaş davranışının doğası gereği öngörülemezliği ve uçuş yükleme koşullarının yüksek değişkenliği, temel nedeni mekanik testlerle tanımlamayı zorlaştırır.

Bu çalışmada, EM parçalanmasının nedeni hakkında daha derin bir fikir edinmek için LS-DYNA'da bir EM'nin hesaplamalı modelinin geliştirilmesi kullanıldı. Kumaş dokumayla ilgili benzer çalışmalar kumaşları küresel düzeyde modellemiş olsa da, bu yaklaşım Kevlar dokumanın ve naylon dikişin her bir ipliğini ayrı ayrı modellenmiş 3 boyutlu katı öğeler olarak temsil eder. Dokuma içindeki her bir ipliğin ayrı ayrı modellenmesi, yalnızca naylon dikişin yırtılması sırasındaki arıza mekanizmalarını analiz etmek için değil, aynı zamanda EM parçalama olayları sırasında Kevlar örgü arızasını anlamak için de gereklidir.

Bu çalışmanın ilk aşaması, temsili bir dikiş geometrisi içerisinde ayrı ayrı Kevlar ve naylon ipliklerin modellenmesine odaklandı. Kevlar örgüsünün 3 boyutlu modeli ilk olarak Nottingham Üniversitesi'nde geliştirilen açık kaynaklı bir yazılım olan TexGen kullanılarak oluşturuldu. Bilgisayar destekli tasarım (CAD) yazılımı kullanılarak, Kevlar kumaş örgüsünün iki katmanından geçen naylon dikişler eklendi. Naylon dikiş deseni, Kevlar örgü modelinin sırasıyla üst ve alt katmanları boyunca ilmeklenen ve iki katman arasındaki her dikişin sonunda birlikte bükülen bir masura ipliği ve bir iğne ipliğinden oluşuyordu. Birim modeli, 3 boyutlu tetrahedral katı elemanlarla Hypermesh'te birleştirildi.

LS-DYNA'da, çekme yüklemesi sırasında bir dikişin dinamik tepkisini değerlendirmek için malzeme özellikleri, temas, arıza koşulları ve sınır koşulları tanımlandı. Her iki kumaş türü için malzeme davranışı *MAT_ELASTIC (*MAT_001) kullanılarak tanımlandı ve Kevlar dokuma ve naylon ipliklerin ilerleyen arızasını yakalamak için erozyonla iki yönlü, yüzeyden yüzeye temas uygulandı. Uçuş sırasında çekme yükleme senaryolarını kopyalamak için sınır koşulları uygulandı. Ek olarak, hesaplama süresini azaltmak için manuel kütle ölçeklendirme, karakteristik uzunluk analizi ve ağ kalitesi optimizasyonu dahil olmak üzere çeşitli vaka çalışmaları yürütüldü.

Birim başına EM modelinden elde edilen ön sonuçlar, EM davranışını, özellikle de Kevlar ve naylon iplikler arasındaki etkileşimi yakalamak için katı elemanların kullanımını doğruladı. Tam uzunlukta EM modellerinin oluşturulmasını kolaylaştırmak için bu çalışmanın ikinci aşaması, birim başına LS-DYNA modelini EM kulağının uzunluğu boyunca çoğaltmak için bir Python komut dosyası geliştirmeye odaklandı. Bu, tam modeli doğrudan birim modelinin kopyasından oluşturarak büyük CAD düzeneklerine olan ihtiyacı ortadan kaldırdı. Bu model hem katı hem de kabuk 2D ve 3D elemanlara uygulanabilir. Genel olarak, bu sonuçlar yalnızca EM parçalanmasının temel nedeninin belirlenmesine yardımcı olmakla kalmayacak, aynı zamanda yeni EM tasarım varyasyonlarının değerlendirilmesini de destekleyecektir. Bu modelleme yaklaşımının kumaşları içeren diğer çalışmalar için daha geniş etkileri vardır ve havacılık tekstil uygulamalarında daha doğru simülasyonlara ve verimli tasarım iş akışlarına olanak tanır.