PHÂN TÍCH KẾT CẤU VÀ THIẾT KẾ TỐI ƯU CÁNH TAY DRONE  BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN (ANSYS)

Đỗ Huy Điệp; Nguyễn Hoàng Quân

doi:10.34238/tnu-jst.15262

PHÂN TÍCH KẾT CẤU VÀ THIẾT KẾ TỐI ƯU CÁNH TAY DRONE BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN (ANSYS)

Thông tin bài báo

Ngày nhận bài: 31/03/26 Ngày hoàn thiện: 28/05/26 Ngày đăng: 29/05/26

Các tác giả

1. Đỗ Huy Điệp, Trường Đại học Công nghệ - ĐH Quốc gia Hà Nội
2. Nguyễn Hoàng Quân , Trường Đại học Công nghệ - ĐH Quốc gia Hà Nội

Tóm tắt

Bài báo trình bày nghiên cứu phân tích kết cấu và tối ưu hóa hình học cánh tay drone cho hai cấu hình UAV đa cánh quạt gồm quadcopter mang tải 1 kg và hexacopter mang tải 2 kg. Mô hình số được xây dựng trong ANSYS Static Structural nhằm đánh giá chuyển vị tổng, ứng suất tương đương von Mises và mức độ an toàn của các phương án hình học dưới tải đẩy đại diện của động cơ. Đối với quadcopter, cánh tay hợp kim nhôm AL7075-T6 được khảo sát ở cấu hình nguyên bản và hai cấu hình khoét rỗng nhằm giảm khối lượng. Đối với hexacopter, hai phương án tay tre dạng không gập và có khớp gập được so sánh về độ cứng, ứng suất và hiệu quả khối lượng. Kết quả cho thấy phương án lỗ elip tạo phân bố ứng suất thuận lợi hơn lỗ chữ nhật do giảm tập trung ứng suất tại các góc sắc, trong khi phương án tay không gập của hexacopter cho hiệu quả kết cấu tốt hơn khi xét đồng thời khối lượng và ứng suất. Các kết quả thu được cho thấy phân tích phần tử hữu hạn là công cụ phù hợp để sàng lọc và lựa chọn phương án hình học cánh tay drone ở giai đoạn thiết kế ban đầu, đặc biệt đối với bài toán giảm khối lượng nhưng vẫn bảo đảm yêu cầu độ bền và độ cứng kết cấu.

Từ khóa

UAV; Cánh tay drone; Phần tử hữu hạn; Tối ưu kết cấu; Ứng suất von Mises

Toàn văn:

PDF

Tài liệu tham khảo

[1] P. Liu, Y. N. Huang, A. Y. Chen, and J. Y. Han, “A review of rotorcraft unmanned aerial vehicle (UAV) developments and applications in civil engineering,” Smart Structures and Systems, vol. 13, no. 6, pp. 1065-1094, 2014, doi: 10.12989/sss.2014.13.6.1065.

[2] M. F. Ahmed, M. N. Zafar, and J. C. Mohanta, “Modeling and Analysis of Quadcopter F450 Frame,” in Proc. International Conference on Contemporary Computing and Applications (IC3A), Lucknow, India, 2020, pp. 196-201, doi: 10.1109/IC3A48958.2020.233296.

[3] R. Singh, R. Kumar, A. Mishra, and A. Agarwal, “Structural Analysis of Quadcopter Frame,” Materials Today: Proceedings, vol. 22, pp. 3320-3329, 2020, doi: 10.1016/j.matpr.2020.03.295.

[4] F. Ahmad, P. Kumar, P. P. Patil, et al., “FEA based frequency analysis of unmanned aerial vehicle (UAV),” Materials Today: Proceedings, vol. 44, pp. 1906-1912, 2021, doi: 10.1016/j.matpr.2020.12.740.

[5] F. Ahmad, P. Kumar, and P. P. Patil, “Vibration characteristics based pre-stress analysis of a quadcopter’s body frame,” Materials Today: Proceedings, vol. 46, pp. 10329-10333, 2021, doi: 10.1016/j.matpr.2020.12.458.

[6] L. A. Al-Haddad, A. A. Jaber, et al., “Quadcopter Unmanned Aerial Vehicle Structural Design Using an Integrated Approach of Topology Optimization and Additive Manufacturing,” Designs, vol. 8, no. 3, 2024, doi: 10.3390/designs8030058.

[7] M. Darsin, W. J. Pamungkas, S. N. H. Syuhri, et al., “Advanced optimization of drone frame design through the application of generative design techniques and 3D printing technology,” Journal of Mechanical Science and Technology, vol. 39, pp. 119-128, 2025.

[8] S. Brischetto and R. Torre, “Preliminary Finite Element Analysis and Flight Simulations of a Modular Drone Built through Fused Filament Fabrication,” Journal of Composites Science, vol. 5, 2021, doi: 10.3390/jcs5110293.

[9] V. C. Nguyen, Structural Analysis Using the Finite Element Method, Construction Publishing House, (in Vietnamese), Hanoi, 2005.

[10] H. Q. Nguyen, T. N. Luong, and H. D. Do, “Research on optimal calculation of quadcopter frame structure,” TNU Journal of Science and Technology, vol. 230, no. 02, pp. 80-87, 2025.

[11] ANSYS, Inc., “Structural Analysis Guide,” Release 2025 R2, 2025. [Online]. Available: https://ansyshelp.ansys.com/public/Views/Secured/corp/v252/en/pdf/ANSYS_Mechanical_APDL_Structural_Analysis_Guide.pdf. [Accessed May 15, 2026].

[12] D. S. Sagar, R. A. Kapil, and B. K. Pravin, “Computer aided modeling and finite element analysis of 3-D printed drone,” Materials Today: Proceedings, vol. 47, pp. 3375-3379, 2021, doi: 10.1016/j.matpr.2021.07.162.

[13] F. Kateb, A. Haseeb, et al., “Drone Frame Optimization via Simulation and 3D Printing,” Computers, vol. 14, no. 8, 2025, doi: 10.3390/computers14080328.

DOI: https://doi.org/10.34238/tnu-jst.15262

Các bài báo tham chiếu

Hiện tại không có bài báo tham chiếu



Ghi nhớ