Publicação: Análise da estabilidade aeroelástica de painéis sanduíches viscoelásticos em regime subsônico empregando o método doublet-lattice não planar.
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Resumo
Os engenheiros da indústria aeronáutica se deparam frequentemente com fenômenos
de flutter de painéis em regime subsônico, uma vez que o projeto e análise de veículos
aeroespaciais requerem o conhecimento de suas velocidades críticas de flutter para
requisitos de segurança e prevenção de catástrofes. Assim, sempre que possível é
importante avaliar estratégias de controle aeroelástico eficientes e de baixo custo para
lidar com o problema do fenômeno do flutter de painel. Neste contexto, o uso de
camadas viscoelásticas para controle passivo é uma alternativa interessante a ser
utilizada em tais situações. No entanto, os procedimentos de modelagem estrutural e
aerodinâmica de um sistema aeroviscoelástico submetido a um fluxo de ar em regime
subsônico não são triviais. Na maioria dos casos, a dificuldade está relacionada ao fato
do comportamento viscoelástico depender fortemente da frequência de excitação e
temperatura, resultando em problemas durante o acoplamento entre os modelos
estruturais e aerodinâmicos para atender o carregamento não estacionário do modelo
aerodinâmico e o comportamento complexo dos materiais viscoelásticos, ocorrendo de
forma simultânea. Neste estudo é proposta uma estratégia numérica para modelar
sistemas aeroviscoelásticos sob escoamento em regime subsônico para supressão de
flutter em painéis sanduíches. Utiliza-se um modelo estrutural curvilíneo com três
camadas acoplado com o carregamento aerodinâmico por meio do Método Doublet-
Lattice (DLM) não planar, sendo ambos construídos em ambiente MATLAB®
denominado AEROSOLVER o qual faz interfaceamento com o software comercial
ANSYS® que é responsável por fornecer as informações da modelagem de elementos
finitos (FE) como: matrizes elementares e globais, condição de contorno, propriedades
geométricas, sistemas de coordenadas, entre outros. Além disso, para resolver as
equações resultantes do sistema aeroviscoelástico, uma versão adaptada do método
PK é proposta, juntamente com a utilização da aproximação de Roger para cálculo da
matriz aerodinâmica generalizada (GAM), a fim de estimar as velocidades críticas de
flutter para painéis curvos sanduíches utilizando materiais viscoelásticos. Ademais,
estuda-se a influência de parâmetros que caracterizam o desempenho do tratamento
viscoelástico como temperatura e espessura de camada.
Abstract
The engineers of aeronautical industries are frequently facing with subsonic panel flutter
phenomena, where the design and analyses of aerospace vehicles requires the
knowledge of their critical flutter speeds for safety requirements and to avoid
catastrophes. Thus, whenever possible it is important to evaluate efficient and low cost
aeroelastic control strategies to deal with the problem of panel flutter phenomenon. In
this context, the use of passive constraining viscoelastic layers seems to be an
interesting alternative to be used in such situations. However, the structural and
aerodynamic modeling procedures of an aeroviscoelastic system subjected to a
subsonic airflow are not easy. In most of the cases, the difficult is related to the fact that,
the viscoelastic behavior depends strongly on the excitation frequency and temperature,
resulting in some difficulties during the coupling between the structural and aerodynamic
models to account for the unsteady aerodynamics and complex behavior of the
viscoelastic part, simultaneously. In this study, it is proposed an efficient numerical
strategy to model aeroviscoelastic systems under subsonic airflows for panel flutter
suppression. Here, the curved panel model of a thin three-layer sandwich panel and
aerodynamic loadings using the nonplanar Doublet-Lattice method (DLM) are
constructed both in MATLAB® environment code denominated AEROSOLVER that is
interfacing the commercial software ANSYS® that is responsible to supply the
information of the finite element (FE) modeling such as: elementary and global matrices,
boundary condition, geometric properties, coordinate systems, etc. In addition, to solve
the resulting equations of the aeroviscoelastic system, an adapted version of the PK
method is proposed together with the using of Roger's approximation to calculate the
generalized aerodynamic matrix (GAM) and estimate the critical flutter speed for curved
sandwich panels using materials viscoelastic. Further, is studied the influence of
parameters that characterize the performance of the viscoelastic treatment, such as
temperature and layer thickness.
Palavras-chave
controle aeroviscoelástico, materiais viscoelásticos, aerodinâmica não estacionária, método Doublet-Lattice não planar, sistema aeroviscoelástico, Aeroviscoelastic control, viscoelastic materials, unsteady aerodynamic, nonplanar Doublet-Lattice method, aeroviscoelastic system
Citação
CUNHA, Bruno Sousa Carneiro da. Análise da estabilidade aeroelástica de painéis sanduíches viscoelásticos em regime subsônico empregando o método doublet-lattice não planar. 2022. 120 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2023. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2022.616.