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# System prepended metadata

title: Motor Safety Factor Analysis
tags: [FAR2023, Propulsion]

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# Motor Safety Factor Analysis
###### tags: `Propulsion`

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## MD20(for hole body)
### Introduction
- Software
    - Drawing : Solidworks
    - Analysis : Ansys
- Check whether the nipple pipe wall can hold the chamber pressure

### Geometry
- 使用solidworks各零件並組成組合件，轉成step檔。繪製一半的原因在於可減少node以及elements的數量，且結果與繪製整體的結果仍相同。
- 將step檔丟入ANSYS，設定材質為304 stainless steel
    - 自行新增304 stainless steel
- 使用symmetry使軟體默認另一半的發動機存在
### Mesh
![](https://i.imgur.com/u4tIJmS.png)

| Nodes | Elements |
|:--------:|:--------:| 
| 11502 | 2783 | 
### B.C. Setting
- Fixed support
    - 管帽頂部
![](https://i.imgur.com/KtfbVqN.png)
- Pressure
    - 壓力值 : 3.14 MPa = 31.4 bar
    - 選擇面 : 噴嘴入口處前每一個面
![](https://i.imgur.com/0zJ7v57.png)
### Result
:::danger
- Required S.F. = 2
:::
![](https://i.imgur.com/MRDhBXb.png)
- maximum normal stress (r-dir.) : 2.0967e+007 Pa
- 304 stainless steel yielding strength : 215 MPa
    - [data source](https://asm.matweb.com/search/SpecificMaterial.asp?bassnum=mq304a)
- S.F. = 10.2542
:::success
- S.F. is about 10, it's larger than 2. MD20's structure is safe for thrust testing and flight.
:::

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## MD20(for thread)
### Introduction
- Software
    - Drawing : Solidworks
    - Analysis : Ansys
- 繪製不具螺紋的發動機，分析螺紋接觸面上的shear stres，再與螺紋強度做比較

### Geometry
![](https://i.imgur.com/sYxWjpd.png)
- 繪圖方法
    - 使用solidworks各零件並組成組合件，轉成step檔。繪製一半的原因在於可減少node以及elements的數量，且結果與繪製整體的結果仍相同。
    - 將step檔丟入ANSYS，設定材質為stainless steel
        - 備註:nipple的材質為304 stainless steel，還沒解決在ANSYS內導入304 stainless steel，如下表

    |材質|Young's modulus| Poisson's Ratio | Shear modulus |
    |:-----:|:------:|:--------:|:-------:|
    |   stainless steel   | 193 GPa | 0.31  | 73.664 GPa |
    | 304 stainless steel | 190 GPa | 0.265 | 75.099 GPa |
    - 使用symmetry使軟體默認另一半的發動機存在
    - 繪製三個path，為主要分析處(螺紋互鎖的edges)
        - 圖示錯誤更正 : B for path 1；A for path 2

### Mesh
![](https://i.imgur.com/u4tIJmS.png)

| Nodes | Elements |
|:--------:|:--------:| 
| 11502 | 2783 | 

- 可發現管帽處的網格大小不均，應呈現與另一端管相同的網格其結果較好。

### B.C. Setting
- Fixed support
    - 管帽頂部
![](https://i.imgur.com/KtfbVqN.png)
- Pressure
    - 壓力值 : 3.14 MPa = 31.4 bar
    - 選擇面 : 噴嘴入口處前每一個面
    - 接下來分析時壓力設定改成step，模擬整段燃燒過程之壓力變化
![](https://i.imgur.com/0zJ7v57.png)

### Result
- Shear stress RZ at path 1~3
- Path 1
    - Maximum value : 2.9589 MPa
    ![](https://i.imgur.com/Zgsepg0.png)
- Path 2
    - Maximum value : 5.5667 MPa
    ![](https://i.imgur.com/M8Evf95.png)
- Path 3
    - Maximum value : 18.039 MPa
    ![](https://i.imgur.com/bAstiIE.png)
- 螺牙承受力

- 分析應力與螺牙承受力對比結果

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## MD30(for hole body)
### Introduction
- Software
    - Drawing : Solidworks
    - Analysis : Ansys
- Check whether the nipple pipe wall can hold the chamber pressure

### Geometry
- 使用solidworks各零件並組成組合件，轉成step檔。繪製一半的原因在於可減少node以及elements的數量，且結果與繪製整體的結果仍相同。
- 將step檔丟入ANSYS，設定材質為304 stainless steel
    - 自行新增304 stainless steel
        - Young's modulus : 190 MPa
        - Poisson's Ratio : 0.265
- 使用symmetry使軟體默認另一半的發動機存在
### Mesh
![](https://i.imgur.com/7UXuvAf.png)

| Nodes | Elements |
|:--------:|:--------:| 
| 8335 | 2222 | 
### B.C. Setting
- Fixed support
    - 管帽頂部
![](https://i.imgur.com/zUlNXBs.png)
- Pressure
    - 壓力值 : 7.33 MPa = 73.3 bar
    - 選擇面 : 噴嘴入口處前每一個面
![](https://i.imgur.com/qqWiRFA.png)
![](https://i.imgur.com/qUKpiDJ.png)
### Result
:::danger
- Required S.F. = 2
:::
![](https://i.imgur.com/zgaBr3V.png)
- maximum stress : 4.2653e+007 Pa
- 304 stainless steel yielding strength : 215 MPa
    - [data source](https://asm.matweb.com/search/SpecificMaterial.asp?bassnum=mq304a)
- S.F. = 5.0407
- S.F. is about 5, it's larger than 2. MD20's structure is safe for thrust testing and flight.

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## MD motor structural limit analysis(without considering the thermal effect)
### Introduction
- Software
    - Drawing : Solidworks
    - Analysis : Ansys
- Check whether the nipple pipe wall can hold the chamber pressure

### Geometry
- 使用solidworks各零件並組成組合件，轉成step檔。繪製一半的原因在於可減少node以及elements的數量，且結果與繪製整體的結果仍相同。
- 將step檔丟入ANSYS，設定材質為304 stainless steel
    - 自行新增304 stainless steel
        - Young's modulus : 190 MPa
        - Poisson's Ratio : 0.265
- 使用symmetry使軟體默認另一半的發動機存在
### Mesh

| Nodes | Elements |
|:--------:|:--------:| 
|  |  | 
### B.C. Setting
- Fixed support
    - 管帽頂部

- Pressure
    - 壓力值 :  MPa =  bar
    - 選擇面 : 噴嘴入口處前每一個面

### Result
- maximum stress :  Pa
- 304 stainless steel yielding strength : 215 MPa
    - [data source](https://asm.matweb.com/search/SpecificMaterial.asp?bassnum=mq304a)
- S.F. = 
- 

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