Numerical and Experimental Structural Beam Analysis for the Development of Helicopter Rotor Blades
Translated title:
Numerische und experimentelle Balkenanalyse für die Entwicklung von Hubschrauberrotorblättern
Author:
Pflumm, Tobias
Year:
2022
Document type:
Dissertation
Faculty/School:
TUM School of Engineering and Design
Advisor:
Hajek, Manfred (Prof. Dr.)
Referee:
Hajek, Manfred (Prof. Dr.); Bottasso, Carlo L. (Prof. Dr.)
Language:
en
Subject group:
MAS Maschinenbau
TUM classification:
VER 500
Abstract:
Beam stiffness properties of rotor blades differ from the design values due to uncertainties in the manufacturing process and varying material properties but also because the structural model of current predesign methods often has an inaccurate level of detail.
This thesis contributes to the improvement of this problem by first developing the structural finite element preprocessor for slender composite structures SONATA to reduce the epistemic uncertainty of the predesign problem, with an increasing representation of the physics.
The second contribution investigates the effects and propagation of irreducible aleatory uncertainties, in the form of material and manufacturing uncertainties, on the dynamic behavior of the helicopter rotor in hover and forward flight.
The third contribution of this thesis is the application and refinement of a strain-based measurement method to experimentally determine beam stiffness properties of the MERIT rotor blade.
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Beam stiffness properties of rotor blades differ from the design values due to uncertainties in the manufacturing process and varying material properties but also because the structural model of current predesign methods often has an inaccurate level of detail.
This thesis contributes to the improvement of this problem by first developing the structural finite element preprocessor for slender composite structures SONATA to reduce the epistemic uncertainty of the predesign problem, with an incr...
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Translated abstract:
Balkensteifigkeitseigenschaften von Rotorblättern weichen aufgrund von Unsicherheiten im Herstellungsprozess und unterschiedlichen Materialeigenschaften von den Entwurfswerten ab, allerdings auch deshalb, weil das Strukturmodell gegenwärtiger Vorentwurfsmethoden mitunter einen ungenauen Detaillierungsgrad aufweist.
Diese Arbeit trägt zur Verbesserung dieses Problems bei, indem sie zunächst den strukturellen Finite-Elemente-Preprozessor für schlanke Faserverbundstrukturen SONATA entwickelt, um die epistemische Unsicherheit des Vorentwurfsproblems mit einer verbesserten Beschreibung der Struktur zu reduzieren.
Der zweite Beitrag untersucht die Auswirkungen und die Ausbreitung nichtreduzierbarer aleatorischer Unsicherheiten, in Form von Material- und Fertigungsunsicherheiten, auf das dynamische Verhalten des Hubschrauberrotors im Schwebeflug und Vorwärtsflug.
Der dritte Beitrag dieser Arbeit ist die Anwendung und Verfeinerung einer dehnungsbasierten Messmethode zur experimentellen Bestimmung der Balkensteifigkeitseigenschaften des MERIT-Rotorblatts.
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Balkensteifigkeitseigenschaften von Rotorblättern weichen aufgrund von Unsicherheiten im Herstellungsprozess und unterschiedlichen Materialeigenschaften von den Entwurfswerten ab, allerdings auch deshalb, weil das Strukturmodell gegenwärtiger Vorentwurfsmethoden mitunter einen ungenauen Detaillierungsgrad aufweist.
Diese Arbeit trägt zur Verbesserung dieses Problems bei, indem sie zunächst den strukturellen Finite-Elemente-Preprozessor für schlanke Faserverbundstrukturen SONATA entwickelt, um...
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