فلاتر پوسته استوانه اي تحت جريان فراصوت خارجي و با درنظرگرفتن اثرات سيال داخلي طبق يك فرمول بندي نوين

Flutter of a Circular Cylindrical Shell Subjected to Supersonic External Flow by Considering Internal Fluid Effects through a Novel Formulation

در مقاله حاضر، فلاتر پوسته استوانه اي در معرض جريان هواي فراصوت خارجي و حاوي سيال داخلي مورد بررسي قرار گرفته است. لازم به ذكر است كه در مدل ساده و جديد ارايه شده براي سيال داخلي تنها از درجات آزادي سطح آزاد سيال و درجات آزادي سازه احاطه كننده آن استفاده شده است. در اين راستا مدل اندركنش سازه- سيال محاسباتي در چارچوب روش اجزاي محدود توسعه داده شده است. تلاطم سيال داخلي از طريق يك مدل دقيق و سطح بالا شناخته شده به عنوان مدل تلاطم سيال، نمايش داده شده است. سازه پوسته استوانه اي به وسيله تئوري پوسته ساندرز مدل سازي شده و بارگذاري فشار آيروديناميك با تئوري پيستون مرتبه اول تقريب زده شده است. همچنين سختي هندسي اوليه ناشي از پيش تنش ها در وضعيت اوليه منتج شده از فشار هيدرواستاتيك سيال، فشار جانبي و بار فشاري محوري در نظر گرفته شده است. صحت و درستي فرمول بندي استخراج شده با استفاده از چند مثال اعتبارسنجي اثبات شده است. نتايج نشان دادند هنگامي كه نسبت پرشدگي از صفر تا 1 تغيير مي كند، سرعت فلاتر ابتدا با افزايش نسبت پرشدگي افزايش مي يابد و در نسبت پرشدگي حدود 0/5 به بيشينه مقدار خود مي رسد و پس از آن با افزايش بيشتر نسبت پرشدگي شروع به كاهش مي كند و در نسبت پرشدگي حدود 1 سرعت فلاتر به مقدار بحراني پوسته خالي مي رسد.

In the current paper, the flutter of a circular cylindrical shell containing an internal fluid while subjected to supersonic external flow has been investigated. It is noted that the internal fluid is formulated through a simple and novel model, in which the fluid is only represented by the free surface as well as the surrounding structural degrees of freedoms. To this end, a computational Fluid-structure interaction (FSI) model within the framework of the finite element method is developed. The internal liquid is represented by a more sophisticated model, referred to as liquid sloshing model, and the shell structure is modeled by Sanders’ shell theory. The aerodynamic pressure loading is approximated by the first-order piston theory. The initial geometric stiffness due to pre-stresses in the initial configuration stemming from the fluid hydrostatic pressure, internal pressure, and axial compression load is also considered. The validity of the derived formulation is established, using some verification examples. The obtained results reveal as the filling ratio is increased from 0 to 1, the flutter speed increases first as the filling ratio is increased and reaches the maximum value at the 0.5 filling ratio; then, it decreases when the filling ratio is further increased and reaches the critical value of an empty shell at the 1.0 filling ratio.