Sık Kullanılan Katı Yakıt Geometrilerinin Dönme Yükü Altındaki Yapısal Davranışının Cevap Yüzeyi Yöntemi Kullanılarak İncelenmesi

Bu çalışma, dairesel, yıldız, oluklu, vagon tekeri ve çapa gibi kesitlere sahip katı yakıt geometrilerinin dönme yükü (merkezkaç kuvveti) altındaki yapısal cevaplarını incelemeyi amaçlamaktadır. Farklı kesit boyutlarına sahip viskoelastik katı yakıt modellerinin sonlu elemanlar analizleri, çalışma kapsamında hazırlanan parametrik Python kodları kullanılarak Abaqus ortamında gerçekleştirilmiştir. Sonlu elemanlar modelleme tekniğinin doğrulaması, literatürden temin edilen bir analitik eşitlik yardımıyla tamamlanmıştır. Son olarak, katı yakıtlara ait kesit parametrelerinin von Mises gerilme seviyesi üzerine olan etkilerini ortaya çıkartmak amacıyla Minitab ortamında farklı cevap yüzeyleri oluşturulmuştur. Böylece, incelenen yakıt geometrileri için von Mises gerilmesi üzerinde en yüksek etkiye sahip kesit parametreleri belirlenmiştir.

Structural Behavior Examination of Frequently Used Solid Propellant Sections Under Centrifugal Loading Using Response Surface Method

This research aims to examine structural responses of frequently used solid propellant sections such as tubular, star, slotted, wagon wheel, and anchor subjected to centrifugal acceleration load. Viscoelastic finite element models of the grains having different dimensions are constructed and solved in the Abaqus environment using in-house parametric Python scripts prepared within the content of this work. Validation of the finite element models is accomplished by comparing finite element results with an analytical equation found in the literature. Finally, different response surfaces are constructed in the Minitab environment to determine the effect of grain cross-section parameters on von Mises stress level of the propellant. Thus, the most effective cross-section parameters on von Mises stress are determined for the examined grain shapes.

___

  • [1] Z. Shen, L. Zhang and Y. Li, "Structural integrity analysis and experimental investigation for solid rocket motor grain subjected to low temperature ignition," in 7th Asian Conference on Mechanical and Materials Engineering, MATEC 2019, Tokyo, Japan, June 14-17, 2019.
  • [2] N. Gligorijević, S. Antonović, S. Živković, B. Pavković and V. Rodić, "Thermal and acceleration load analysis of new 122 mm rocket," Scientific Technical Review, vol. 66, pp. 3-11, December 2016.
  • [3] K. Qui and X. Zhang, "Finite element analysis of propellant of solid rocket motor during ship motion," Propulsion and Power Research, vol. 2, pp. 50-55, March 2013.
  • [4] H. Chu and J. Chou, "Effect of cooling load on the safety factor of propellant grains," Journal of Propulsion and Power, vol. 29, pp. 27-33, January 2013.
  • [5] W. M. Adel and L. Guozhu, "Study of Cooldown Thermal Loading Effect on the Bore Deformation of Viscoelastic Solid Propellant Grain," in AIAA Propulsion and Energy Forum, Atlanta, GA, USA, July 10-12, 2017.
  • [6] M. Kurian, K. Renganathan and S. M. Sobichen, "Structural analysis of viscoelastic solid propellant grain," International Journal of Scientific & Engineering Research, vol. 7, pp. 117-122, October 2016.
  • [7] B. Tunç, Ş. Özüpek, E. Podnos and U. Arkun, "Thermal Cyclic Stress Analysis of a Solid Rocket Motor," Journal of Spacecraft and Rockets, vol. 56, pp. 179-189, August 2018.
  • [8] J. D. Mattingly, Elements of Propulsion: Gas Turbines and Rockets. American Institute of Aeronautics and Astronautics, Virginia, 2006, pp. 218.
  • [9] NASA, “Solid Propellant Grain Design and Internal Ballistics,” Washington, USA, Tech. Rep. NASA SP- 8076, 1972.
  • [10] C. Tola, and M. Nikbay, "Solid rocket motor propellant optimization with coupled internal ballistic– structural interaction approach," Journal of Spacecraft and Rockets, vol. 55, pp. 936-947, April 2018.
  • [11] C. Tola and M. Nikbay, "Internal ballistic modeling of a solid rocket motor by analytical burnback analysis," Journal of Spacecraft and Rockets, vol. 56, pp. 498-516, March 2019.
  • [12] AGARD, “Structural Assessment of Solid Propellant Grains,” Neuilly-Sur-Seine, France, Tech. Rep. AGARD AR-350, 1997.
  • [13] NASA, “Solid Propellant Grain Structural Analysis,” NASA Langley Research Center, Hampton, Virginia, USA, Tech. Rep. NASA SP-8073, 1973.
Havacılık ve Uzay Teknolojileri Dergisi-Cover
  • ISSN: 1304-0448
  • Yayın Aralığı: Yılda 2 Sayı
  • Başlangıç: 2003
  • Yayıncı: Dr. Öğr. Üyesi Fatma Kutlu Gündoğdu