حل عددی و تحلیل فلاتر ورق مستطیلی در جریان مافوق صوت با در نظر گرفتن اثر میرایی آیرودینامیکی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

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

چکیده
این مقاله به بررسی اثر میرایی آیرودینامیکی بر آستانه فلاتر ورق مستطیلی آلومینیومی در جریان مافوق صوت می‌پردازد. با استفاده از قالب ماتریسی در روش DQM و نظریه پیستون مرتبه اول، این مطالعه نه تنها دقت و سرعت حل را ارتقا می‌دهد، بلکه درک عمیق‌تری از پدیده فلاتر به دست می‌دهد. معادله حرکت ورق بر اساس فرضیات کیرشهف استخراج شده و نظریه پیستون به عنوان مدل آیرودینامیکی به کار گرفته شده است. با استفاده از روش تفاضل مربعات (DQM)، دو سناریوی مختلف از نظریه پیستون مرتبه اول تحلیل شده است: حالت ساده‌شده بدون میرایی و حالت کامل با درنظرگیری میرایی. نتایج نشان می‌دهد که آستانه فلاتر در هر دو حالت در ماخ 3.395 اتفاق می‌افتد، که بیانگر ‌تأثیر ناچیز میرایی آیرودینامیکی بر سرعت فلاتر است. این یافته با تحلیل حساسیت پارامتری تأیید شده است. بر این اساس، فرمولاسیون ساده‌شده نظریه پیستون به‌عنوان پایه محاسباتی برای مطالعات آتی پیشنهاد می‌شود. این روش مزایای محاسباتی از جمله کاهش زمان محاسبات را دارد و برای کاربردهای عملی در طراحی پنل‌های هوافضایی مناسب است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله English

Numerical Solution and Analysis of Rectangular Plate Flutter Threshold in Supersonic Flow Considering the Effect of Aerodynamic Damping

نویسندگان English

mehran samadi
mostafa nazemizadeh
mohamad mahdi mohamadi
Faculty of mechanics, malek ashtar university, isfahan, iran
چکیده English

This paper investigates the effect of aerodynamic damping on the flutter threshold of a rectangular aluminum sheet in supersonic flow. Using matrix form of DQM and the first-order piston theory, this paper increses the accuracy and speed of the solution. Using the difference of squares method (DQM), two different scenarios of the first-order piston theory are analyzed: a simplified case without damping and a full case with damping. The results show that the flutter threshold occurs at Mach 3.395 in both cases, indicating that aerodynamic damping has no effect on the flutter velocity. This finding is confirmed by parametric sensitivity analysis. Accordingly, the simplified formulation of the piston theory is proposed as a computational basis for future studies. This method has computational advantages such as reduced computational time and is suitable for practical applications in the design of aerospace panels. this method can be a benchmark for future flutter researches.

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: 3556-3561.
[2] Zhuang W, Chao Y, Zhigang W. Modal and aeroelastic analysis of trapezoidal corrugated-core sandwich panels in supersonic flow. International Journal of Mechanical Sciences. 2019; 157: 267-281.
[3] Baghaee M, Farrokhabadi A, Jafari-Talookolaei RA. 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, Sameer BM. 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: 715-731.
[6] Amirzadegan S, Dowell EH. Nonlinear limit cycle oscillation and flutter analysis of clamped curved plates. Journal of Aircraft. 2020; 57: 368-376.
[7] Amirzadegan S, Mousavi Safavi SM, Jafarzade A. Supersonic panel flutter analysis assuming effects of initial structural stresses. Journal of The Institution of Engineers: Series C. 2019; 100: 833-839.
[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: 630-650.
[9] Huang K. 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: 3253-3266.
[13] Guo H. 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: 259-275.
[15] Sallam A., Elshabasy M. 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. Thermoelastic non-linear flutter oscillations of rectangular plate. Journal of Thermal Stresses 2021:44: 731-754.
[17] Farhadi A. Optimum placement of sensors for static output feedback to control sheet flutter in supersonic flow. Mechanics of Advanced and Smart Materials. 2022; 2: 73-93.
[18] Nazmizadeh M, Mohammadi M M, Samadi Foroushani M. Aerodynamic modeling and calculating the flutter speed of a rectangular plate in supersonic air flow. Mechanics of Advanced and Smart Materials. 2023;3(2):194-215.
[19] Rao SS. Vibration of Continuous Systems, Second Edition. University of Miami. 2019.
[20] Song Zh, Li F. Investigations on the flutter properties of supersonic panels with different boundary conditions. Composite Structures. 2013; 2: 215-228.
دوره 5، شماره 1
بهار 1404
صفحه 113-131

  • تاریخ دریافت 28 شهریور 1404
  • تاریخ بازنگری 02 دی 1404
  • تاریخ پذیرش 12 اردیبهشت 1405