مدلسازی آیرودینامیکی و تعیین سرعت فلاتر ورق مستطیلی در جریان هوای مافوق صوت

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 منهدسی مکانیک، مجتمع مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، اصفهان. ایران

2 کارشناسی ارشد، مجتمع دانشگاهی مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، اصفهان، ایران،

3 مجتمع مکانیک دانشکاه صنعتی مالک اشتر

چکیده
این مقاله به بررسی پدیده فلاتر در یک ورق مستطیلی-شکل در جریان هوای مافوق صوت می‌پردازد. فلاتر، یک ارتعاش خود برانگیخته است که در معرض جریان سیال اتفاق می‌افتد. در این پژوهش، ابتدا پدیده فلاتر و روش شناسایی آن بر اساس تحلیل مقادیر ویژه مورد بررسی قرار می‌گیرد. سپس با استفاده از فرضیات ورق کیرشهف، معادله حرکت ورق استخراج شده و با مدل آیرودینامیکی پیستون مرتبه اول کوپل می‌شود. در ادامه، معادله کوپل‌شده سازه-سیال با استفاده از روش تفاضل مربعات (DQM) به صورت ماتریسی حل می‌شود. استفاده از روش عددی DQM در قالب ماتریسی، مزایایی از جمله دقت و سرعت بالا را برای حل مسئله فلاتر فراهم می‌کند، به شرطی که تعداد لایه مناسبی برای نقاط مرزی انتخاب شود. همچنین نتایج نشان می‌دهد که اولین پدیده فلاتر در یک ورق از جنس آلومینیوم با طول و عرض ۱ متر و ضخامت ۵ میلیمتر، در شرایط جوی سطح آزاد دریا و با شرایط مرزی دو سر گیردار و دو سر آزاد، در فشار دینامیکی بدون بعد ۶۱۷ (معادل ۳.۳۹۵ ماخ) رخ می‌دهد. فرمول‌بندی ارائه شده می‌تواند به عنوان یک پایه برای حل و محاسبه سرعت فلاتر اجسام مختلف در جریان هوای مافوق صوت مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله English

Aerodynamic modeling and calculating the flutter speed of a rectangular plate in supersonic air flow

نویسندگان English

mostafa nazemizadeh 1
mehran Samadi Foroushan 2
mohamad mehdi mohammadi ghanaghestani 3
1 Faculty of mechanics, malek ashtar university, isfahan, iran
2 MSc student, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Mechanics, Malek Ashtar University of Technology, Isfahan, Iran
3 Faculty of mechanics, Malek ashtar university of technology, iran
چکیده English

The presented paper investigates the flutter phenomenon in a rectangular-shaped plate in supersonic air flow. First, the phenomenon of flutter and its identification method based on the analysis of eigenvalues are presented. Then, using the assumptions of Kirchhoff plate, the plate motion equation is derived and coupled with the first-order piston aerodynamic model. Next, the coupled structure-fluid equation is solved in matrix form using the differential quadrature method (DQM). Using the DQM numerical method in matrix form provides advantages such as high accuracy for solving the flutter problem. The obtained results show that the first phenomenon of flutter in an aluminum plate with a length and width of 1 meter and a thickness of 5 mm with clamped-free-clamped-free boundary conditions occurs in dimensionless dynamic pressure 617 (equivalent to Mach 3.395). The presented formulation can be used as a benchmark for solving and calculating the flutter speed of various objects in the supersonic air flow.

کلیدواژه‌ها English

Flutter speed
Ultrasonic flow
Piston theory
DQM numerical method
CFCF boundary conditions
[1] Amirzadegan S, Dowell EH. Correlation of experimental and computational results for flutter of streamwise curved plate. AIAA Journal. 2019;57:3556-61.
[2] Zhuang W, Yang C, Wu Z. Modal and aeroelastic analysis of trapezoidal corrugated-core sandwich panels in supersonic flow. International Journal of Mechanical Sciences. 2019;157:267-81.
[3] Baghaee M, Farrokhabadi A, Jafari-Talookolaei R-A. Modeling, analysis, and control of MFC sandwiched laminate panel flutter with general layups and arbitrary boundary conditions. Composite Structures.2019;223:110940.
[4] Hussein OS, Mulani SB. Nonlinear aeroelastic stability analysis of in-plane functionally graded metal nanocomposite thin panels in supersonic flow. Thin-Walled Structures. 2019;139:398-411.
[5] Farsadi T, Asadi D, Kurtaran H. Nonlinear flutter response of a composite plate applying curvilinear fiber paths. Acta Mechanica. 2020;231:715-31.
[6] Amirzadegan S, Dowell EH. Nonlinear limit cycle oscillation and flutter analysis of clamped curved plates. Journal of Aircraft. 2020;57:368-76.
[7] Amirzadegan S, Mousavi Safavi SM, Jafarzade A. Supersonic panel flutter analysis assuming effects of initial structural stresses. Journal of The Institution of Engineers (India): Series C. 2019;100:833-9.
[8] Majidi MH, Azadi M, Fahham H. Effect of CNT reinforcements on the flutter boundaries of cantilever trapezoidal plates under yawed supersonic fluid flow. Mechanics Based Design of Structures and Machines.2022;50:630-50.
[9] Huang K, Guo H, Qin Z, Cao S, Chen Y. Flutter analysis of laminated composite quadrilateral plates reinforced with graphene nanoplatelets using the element-free IMLS-Ritz method. Aerospace Science and Technology.2020;103:105915.
[10] Muc A. Transverse shear effects in supersonic flutter problems for composite multilayered rectangular plates– Benchmark for numerical analysis. Composites Part C: Open Access. 2020;1:100001.
[11] Bahrami-Torabi H, Kerboua Y, Lakis AA. Finite element model to investigate the dynamic instability of rectangular plates subjected to supersonic airflow. Journal of Fluids and Structures. 2021;103:103267.
[12] Ouyang X, Liu Y. Flutter of variable stiffness composite laminates in supersonic flow with temperature effects. Journal of Composite Materials. 2021;55:3253-66.
[13] Guo H, Ouyang X, Żur KK, Wu X. Meshless numerical approach to flutter analysis of rotating pre-twisted nanocomposite blades subjected to supersonic airflow. Engineering Analysis with Boundary Elements.2021;132:1-11.
[14] Khalafi V, Fazilati J. Panel flutter analysis of cracked functionally graded plates in yawed supersonic flow with thermal effects. Applied Mathematical Modelling. 2022;101:259-75.
[15] Kouritem SA, Elshabasy MM. Tailoring the panel inertial and elastic forces for the flutter and stability characteristics enhancement using copper patches. Composite Structures. 2021;274:114311.
[16] Baghdasaryan GY, Mikilyan MA, Vardanyan IA, Melikyan KV, Marzocca P. Thermoelastic non-linear flutter oscillations of rectangular plate. Journal of Thermal Stresses. 2021;44:731-54.
[17] Farhadi S, Asadi K. Optimal placement of the sensors for Static Output Feedback of fluttering plates in the supersonic flow. Mechanic of Advanced and Smart Materials. 2022;2:73-93.
[18] Rao SS. Vibration of continuous systems: John Wiley & Sons, 2019.
دوره 3، شماره 2
تابستان 1402
صفحه 194-215

  • تاریخ دریافت 21 مرداد 1402
  • تاریخ بازنگری 30 مرداد 1402
  • تاریخ پذیرش 22 شهریور 1402