Hållfasthet hos knutpunkter i ramverk på flygplan

INOM

EXAMENSARBETE TEKNIK,

GRUNDNIVÅ, 15 HP

STOCKHOLM SVERIGE 2020 ,

Hållfasthet hos knutpunkter i ramverk på flygplan

En tillämpad studie

LUDVIG ERIKSSON

ALEXANDER RANSTRÖM

KTH

SKOLAN FÖR TEKNIKVETENSKAP

Sammanfattning

Plåtsvepta förbindelselösningar är en metod för att sammanfoga strukturella rör inom

flygplansbygge. Det är ett enkelt tillvägagångssätt som undgår de omfattande krav som ställs för bland annat svetsade förbindelser. Tidigare har beräkningsunderlag inte funnits tillgängligt vilket den här studien syftar att tillgodose i form av specifikation och jämförelser. Graham Lees ritningar och konstruktionsspecifikationer till replikavarianten av flygplanet Nieuport 12 har följts i analysen av förbindelselösningen. Metoden utgår ifrån tre delar, beräkningar, experimentell provning samt FEM-analys. Dessa bildar en specifikation på förbandets fyra mest centrala belastningsfall och deras hållfasthet: dragning (1130 N), böjning ur plan (4.5 Nm), böjning i plan (17.5 Nm) och vridning (4.5 Nm). Resultaten jämförs med beräkningar av uppkomna laster i pendelrodret för att avgöra hur väl förbindelselösningen är lämpad för detta ändamål.

Identifierade lastfall i pendelroder är: böjning ur plan (3.2 Nm) och vridning (≤3.2 Nm).

Resultaten antyder att förbandstypen är svag i det föreslagna ändamålet. Analysen framhäver tydliga svagheter i förbindelselösningen och rekommendationer på förbättringar ges, dessa syftar främst till tjockleken på plåten samt införandet av ytterligare en nit. Vidare jämförs den plåtsvepta förbindelselösningen med svetsförband som visar sig vara mer lämplig.

Abstract

Sheet-swept connection solutions are a method for joining structural pipes in aircraft

constructions. It is a simple approach that avoids the extensive demands placed on, among other things, welded connections. Previously, calculation data were not available, which this study aims to meet in the form of specifications and comparisons. Graham Lee's drawings and design specifications for the replica variant of the Nieuport 12 aircraft have been followed in the analysis of the connection solution. The method is based on three parts, calculations,

experimental testing and FEM analysis. These form a specification of the joint's four most

central load cases and their strength: tension (1130 N), plane deflection (4.5 Nm), in plane

deflection (17.5 Nm) and torsion (4.5 Nm). The results are compared with calculations of loads

in the pendulum rudder to determine how well the connection solution is suitable for this

purpose. Identified load cases in the rudder are: plane deflection (3.2 Nm) and torsion (≤3.2

Nm). The results indicate that this type of connection is weak in the proposed purpose. The

analysis highlights clear weaknesses in the connection solution and recommendations for

improvements are given, these are primarily aimed at the thickness of the gusset and the

introduction of an additional rivet. Furthermore, the sheet-swept joint solution is compared with

welded joints which prove to be more suitable for this application.

www.kth.se