liu.seSearch for publications in DiVA
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • oxford
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Statisk hållfasthetsanalys av bärplansstag
Linköping University, Department of Management and Engineering, Solid Mechanics.
Linköping University, Department of Management and Engineering, Solid Mechanics.
2014 (Swedish)Independent thesis Basic level (degree of Bachelor), 10,5 credits / 16 HE creditsStudent thesisAlternative title
Static Structural Analysis of Hydrofoil Struts (English)
Abstract [sv]

I kursen TMMT06, Maskinteknik – projektkurs, genomförs ett obligatoriskt projekt. Projektet utförs som kandidatexamensjobb i studentpar och delas i detta fall av tre kandidatpar. Det projekt som detta kandidaterbete ingår i behandlar dimensionering av bärplan och deras prestanda. Kandidatarbetet är riktat mot en hållfasthetsanalys av bärplansstag för statiska fall under inverkan av genererad lyftkraft och strömningsmotstånd.

Syftet med kandidatarbetet är att skapa ett konstruktionsunderlag till det projekt som delas av kandidatparen. Målet med kandidatarbetet är att genom en hållfasthetsanalys ta fram vägledande underlag för dimensionering av bärplansstagens monteringsvinklar och storlek.

Med hjälp av vedertagna ekvationer för lyftkraft och strömningsmotstånd och bärplansdata analyseras de krafter och spänningar som är dimensionerande vid utformning av stagets tvärsnittsprofil och monteringsvinklar.

Två strömlinjeformade homogena stag med tjockleken 15 mm och bredden 100 mm monterat på ett bärplan med profilen Eppler 818 studeras i ett statiskt fall utan dimensionering för oväntade händelser såsom kollision. För hastigheter som är rimliga för en båt kan det konstateras att det aldrig uppstår fara för knäckning. Spänningen för dessa hastigheter blir inte heller tillräckligt hög för att orsaka plastisk deformation, men säkerhetsfaktorn blir relativt liten.

Risken för knäckning ökar aldrig oavsett val av monteringsvinklar och upphör helt för angreppsvinklar som är mindre än −4°. Risk för plastisk deformation ökar däremot markant om konstruktionen ges monteringsvinklar som inte är vinkelräta mot horisontalplanet. För större stagprofiler kan konstruktionen ges något större vinklar, men att vinkla stagen bör om möjligt undvikas. Analysen visar också att båten inte bör stampa mer än 6° vid höga hastigheter för att undvika för stora spänningar.

De största dimensionerande spänningarna i staget uppträder i infästningspunkterna mellan skrov respektive bärplan. För att i övrigt minimera stagtvärsnittets tjocklek, och därmed minska strömningsmotståndet kan staget lokalt göras tjockare i dessa punkter. Analysen visar även att endast en liten ökning av stagtvärsnittets dimensioner får ett stort positivt genomslag i säkerhet mot knäckning och deformation.

Fler bärplansprofiler än Eppler 818 studeras inte, men resultaten ger en god vägledning till konstruktion av bärplansstag med avseende på hållfasthet.

Abstract [en]

In the course TMMT06, Mechanical engineering – project course, a mandatory project is carried out in a group, while a bachelor’s degree work is, in unison, carried out in pairs. The project, which in this case is shared by three pairs, aim to investigate the dimensioning of hydrofoils and their performance. This document is part of one of those bachelor’s degree works, and is focused on a static structural analysis of hydrofoil support struts under the influence of lift and drag forces.

The goal with this work is to create a construction foundation to be used in the shared project. The aim of the work is to find guidelines for the selection of strut and hydrofoil assembly angles, as well as strut dimensions, depending on the size and shape of the hydrofoil.

With the use of generally established equations for lift and drag forces, and data for hydrofoils the forces and stresses crucial to the dimensioning of the strut cross-section and assembly angles are analyzed.

Two streamlined struts, thickness 15 mm and width 100 mm, with the hydrofoil section design Eppler 818 mounted, are studied in a static structural case without dimensioning for unexpected events, such as collisions. Within the span of velocities that are probable for a boat it was found that there never occurs any danger of buckling. Within the same span, plastic deformation does not occur either, although the stress is high enough that the safety margin is relatively small.

The danger of buckling does not increase as the assembly angles are changed from a perpendicular position, and buckling ceases to be a factor for angles of attack lower than −4°. The stresses and the risk for plastic deformation, however, can increase as the assembly angles deviate from perpendicularity. By making the struts bigger, the construction will be able to use more demanding assembly angles, but to have anything but perpendicular struts is to be avoided. The analysis also shows that the boat should not be allowed to pitch more than 6° at high speeds to avoid large stresses in the struts.

The largest dimensioning stress in a strut acts at the connection point with the hull or with the hydrofoil. In order to minimize the total thickness of the strut, and thus lowering the drag, it can be made thicker at the connection points while keeping it thin otherwise. The analysis also shows that an increase in strut cross-section area will give large positive outcomes in terms of safety margins against buckling and deformation.

Eppler 818 was the only hydrofoil studied during the analysis, but the results provide good guidelines for construction of support struts in regards of strength.

Place, publisher, year, edition, pages
2014. , 39 p.
Keyword [en]
hydrofoil, static, structural, analysis, flow, lift, drag, pitching moment
Keyword [sv]
bärplan, strömning, hållfasthet, hållfasthetsanalys, bärplansstag fritidsbåt, strömning, lyfkraft, strömningsmotstånd, stegringsmoment, rullning, stampning, knäckning, sträckgräns
National Category
Mechanical Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:liu:diva-110923ISRN: LIU-IEI-TEK-G--14/00588—SEOAI: oai:DiVA.org:liu-110923DiVA: diva2:750528
Subject / course
Machine Design
Supervisors
Examiners
Available from: 2014-09-29 Created: 2014-09-29 Last updated: 2014-09-29Bibliographically approved

Open Access in DiVA

Statisk hållfasthetsanalys av bärplansstag(912 kB)263 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 912 kBChecksum SHA-512
f7c5dd7afa371ae9883d5ef5ca72523d69a6ab68a5482bdc4c88d9744ff8b381a663b13ddecb24813f897fc4175958c75843058f9317d81e31c108ca789f0c95
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Solid Mechanics
Mechanical Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 263 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 575 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • oxford
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf