آيروترموالاستيسيته پوسته با فرض خمش استوانه‌اي به روش حجم محدود و باقي‌مانده وزني گالركين

Aerothermoelasticity of 2D shell with Finite Volume and Gallerkin Method

پديده‌ي فلاتر صفحه توسط طراحان هوافضا همواره مورد نظر و اهميت بوده زيرا امكان تخريب زود هنگام، در اثر خستگي وجود دارد. يكي از راه‌هاي افزايش اطمينان به نتايج تيوري، استفاده از شبيه‌سازي عددي براي نزديكي بيشتر به فيزيك مسيله است. آنچه در اين پژوهش داراي اهميت است، تحليل آيروالاستيك پوسته دوبعدي به روش حجم محدود براساس معادلات آيروديناميك ناويراستوكس، براي جريان لزج و چرخشي در رژيم مافوق صوت است. همين‌طور، تحليل آيروالاستيك پوسته دوبعدي غيرخطي، به روش نيمه تحليلي باقي‌مانده وزني، با استفاده از مدل جريان پتانسيل (تيوري پيستون مرتبه سه)، بدون اثرات لزجت جريان در تركيب با نيروهاي مكانيكي و حرارتي براي اولين مرتبه انجام شده است. اثر تغيير انحناي پوسته در فلاتر و رفتار پسا فلاتر صفحه و پوسته، در هر دو روش، بررسي و مقايسه شده است. فشار گسترده بر روي پوسته، براساس مدل جريان لزج، به روش حجم محدود و مدل تحليلي جريان پتانسيل براي جريان غيرلزج، مقايسه شده است. عدم تطابق نتايج عددي و تحليلي، در نيمه انتهايي صفحه، مشاهده شده كه تا كنون در مقالات اشاره نشده است. با استفاده از اصل هميلتون و رابطه كار مجازي، انرژي پتانسيل و جنبشي پوسته، و تبديل معادلات ديفرانسيلي به معادلات غيرخطي معمولي، به روش رانگ-كوتاي مرتبه 4 حل شده است. مهم‌ترين نتيجه حاصل، تفاوت حل عددي و تحليلي، براي فلاتر پوسته، برخلاف تناسب خوب نتايج، براي فلاتر صفحه است. بنابراين استفاده از تيوري پيستون براي شبيه‌سازي جريان روي صفحه داراي انحنا بايد با دقت بيشتري انجام شود.

The panel flutter is concentrated with aerospace researchers because of fatigue failure on structures. The usage of the numerical simulation is in good company with analytical method. The 2D cylindrical panel flutter is simulated with Navier Stokes equations for fluid flow with finite volume theory. Also, simulation is prepared with piston theory for analytical solution of irrotational fluid. Comparison of full numerical finite volume and assumed mode method in post flutter domain is produced. Non-linear shell with the effect of in-plane load, thermal load and aerodynamic load with 3rd order piston theory is modeled to solve with assumed mode method. The effect of camber in flutter and post flutter is investigated with both methods. Pressure distribution is defined numerically and analytically for viscid and inviscid flow. The effect of expansion waves decreased the pressure of the second half of shell in analytical method compared to numerical. The principle of Hamilton is used and virtual work, virtual potential energy and virtual kinetic energy are developed. The 4th order Runge-Kutta method is used to solve nonlinear ODEs numerically. The most important output depends on similar result for flat plate and different result on curved plate with numerical and analytical solution.