Tujuan tesis ini adalah untuk mereka bentuk aci pemacu dengan nisbah kekuatan dan berat yang optimum untuk helicopter ultra ringan menggunakan keluli atau aluminium, dan untuk melakukan analisis tekanan dan kekuatan pada aci pemacu dan aci spline helicopter ultra ringan menggunakan simulasi dan pendekatan analisis. Tesis ini memberikan kaedah terperinci dalam menganalisi tekanan dan kekuatan aci pemacu dan aci spline daripada helicopter ultra ringan. Aci pemacu dianalisis dengan menggunakan reka bentuk sebenar dari helicopter ultra ringan di Makmal Struktur Aeroangkasa di Universiti Sains Malaysia dengan menggunakan keluli sebagai bahan asalnya. Pemilihan bahan yang digunakan untuk menyelesaikan projek ini adalah penting untuk memastikan kekuatan bahan yang dipilih mampu menahan beban yang dikenakan. Aci pemacu dan aci spline direka bentuk menggunakan salah satu reka bentuk berbantukan computer (CAD) yang merupakan perisian SOLIDWORKS Edisi 2016 X64. Analisis simulasi pula dilakukan menggunakan perisian ANSYS Edisi 2018. Penyelidikan dilakukan untuk melihat jika aci pemacu yang digunakan dapat menyokong beban yang dikenakan iaitu kilasan 193.5 N.m atau gagal berdasarkan beberapa jenis ujian simulasi. Pendekatan analitik juga dikalkulasi dalam tesis ini untuk membandingkan dan mengesahkan hasil dari simulasi ANSYS secara manual. Kedua -dua kaedah tersebut perlu dilakukan untuk membandingkan hasil simulasi dengan kaedah analisis dan memastikan ketepatannya. Tekanan utama maksimum apabila aci input berada pada jarak 0.20m dari aci output (kajian kes ketiga) adalah 66.45 MPa dan kedudukan ni diambil ke dalam analisis selanjutnya iaitu analisis keletihan pada filet yang merupakan kawasan tumpuan tekanan. Tekanan utama maksimum yang dikira pada filet antara aci input dan aci output adalah 49.51 MPa. Berbanding dengan hasil analisis ANSYS, tekanan utama maksimum adalah 50.54 MPa. Oleh tu, perbezaan peratusan dari kedua-dua analisis adalah 2.08%. Faktor keselamatan untuk jangka hayat yang tidak terhingga adalah 10.3 dan 1.799 untuk masing-masing batang pemacu yang boleh diperpanjang dan gigi gear dari aci spline. Berdasarkan analisis menyeluruh yang dilakukan, aci pemacu dan aci spline tidak akan gagal dan dapat menahan beban yang dikenakan.
_______________________________________________________________________________________________________
The purpose of this thesis is to design an optimized strength to weight ratio drive shaft of an ultra-light helicopter using either steel or aluminum and to perform stress and strength analysis on the driveshaft and spline shaft of an ultra-light helicopter using simulation and analytical approach. This thesis provides a detailed method in analyzing the stress and strength of the driveshaft and spline shaft of an ultralight helicopter. The driveshaft is analyzed by using the actual design from the ultra-light helicopter at the Aerospace Structural Lab in Universiti Sains Malaysia by using steel as it's material. The selection of material used to complete this project is needed to ensure the strength of the selected material can withstand the load applied. The design is done by using one of the computer-aided design (CAD), which is SOLIDWORKS 2016 X64 Edition software, while the simulation analysis is done using ANSYS R2018. The investigation is performed to observe whether the drive shaft used can support the applied load, which is torsion of 193.5 N.m or fail to deliver as required based on the several types of simulation testing. The analytical approach is also calculated in this thesis to compare and verify the results from ANSYS simulation manually. Both methods need to be performed to compare the simulation result with the analytical approach and ensure accuracy. The maximum principal stress when the input shaft is at 0.20m from the output shaft (third case study) is 66.45 MPa, and this position is taken into the further analysis, which is fatigue analysis at the fillet which is the stress concentration area. The maximum principal stress calculated at the fillet between the input shaft and the output shaft is 49.51 MPa. Compared to the result of the ANSYS analysis, the maximum principal stress is 50.54 MPa. Thus, the percentage difference from both studies is 2.08%. The safety factors for infinite life calculated are 10.3 and 1.799 for the extendable drive shaft and gear-tooth of the spline shaft, respectively. Based on the thorough analysis done, the driveshaft and spline shaft will not fail and can withstand the applied load.
Stress and strength analysis of driveshaft and spline shaft of an ultra-light helicopter using finite element analysis / Nur Syifa Raudhah Rizal