قابلیت اطمینان آستانه وقوع فلاتر صفحه چندلایه کامپوزیتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه علوم و فنون هوایی شهید ستاری،تهران

2 دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه علوم و فنون هوایی شهید ستاری، تهران، ایران

چکیده

در کار حاضر قابلیت اطمینان آستانه وقوع فلاتر صفحه چندلایه کامپوزیتی با توجه به عدم قطعیت در متغیرهایی شامل مدل الاستیک، ضریب پواسون، چگالی، ضخامت صفحه و طول صفحه بررسی‌ شده‌است. صفحه موردنظر از چندلایه کامپوزیتی متقارن تحت شرایط مرزی مختلف است که در رژیم پروازی مافوق صوت موردبررسی قرارگرفته‌است. به‌منظور شبیه‌سازی رفتار حاکم بر صفحه چندلایه کامپوزیتی از نظریه کلاسیک ورق استفاده می‌شود؛ و اثر نیروهای آیرودینامیکی ‏توسط تئوری پیستون مرتبه اول مدل‌سازی شده‌است. به‌منظور گسسته‌سازی و تحلیل معادلات آیروالاستیک حاکم بر صفحه از روش عددی دیفرانسیل مربعی تعمیم‌یافته استفاده‌ شده‌است. معادلات حاکم بعد از گسسته‌سازی، با استفاده از محاسبه و تحلیل مقادیر ویژه حل‌شده و آستانه وقوع پدیده فلاتر برای صفحه چندلایه کامپوزیتی به‌دست‌آمده‌است؛ به‌منظور بررسی قابلیت اطمینان، توزیع متغیرهای تصادفی به‌صورت توزیع نرمال استفاده‌شده‌است. درنهایت برای به‌دست‌آوردن قابلیت اطمینان آستانه وقوع فلاتر صفحه از روش شبیه‌سازی مونت‌کارلو برای پنج شرط مرزی مختلف استفاده ‌شده‌است. با توجه به نتایج ارائه‌شده، مقدار قابلیت اطمینان آستانه وقوع فلاتر صفحه کامپوزیتی برای شرط مرزی تمام لولا بیشتر از سایر شرایط مرزی و شرط مرزی تمام گیردار کمتر از سایر شرایط مرزی خواهد بود. همچنین با توجه به بررسی‌های صورت‌گرفته در مورد وضعیت زاویه ‏الیاف صفحه کامپوزیتی، می‌توان نتیجه گرفت‏ با افزایش زاویه الیاف صفحه کامپوزیتی قابلیت اطمینان آستانه وقوع فلاتر افزایش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Flutter reliability analysis of laminated composite plates

نویسندگان [English]

  • Masoud Javadi 1
  • Vahid Khalafi 2
1 Department of Aerospace Engineering, Shahid Sattari Aeronautical University of Science and ‎Technology, Tehran, Iran.‎
2 Department of Aerospace Engineering, Shahid Sattari Aeronautical University of Science and ‎Technology, Tehran, Iran.‎
چکیده [English]

Composite materials are widely used in modern aerospace flight vehicles, especially because of their high specific strength and lightweight than other materials. Since the study of reliability and uncertainty of composite material design variables in aeroelasticity has received less attention, in the present work the reliability of the laminated composite plate due to uncertainty in variables including elastic model, Poisson coefficient, density, thickness, and length is examined. The composite laminated plate is symmetric with different boundary conditions subjected to supersonic airflow. The classical plate theory and the first-order piston theory are utilized to derive the equation of motion. The differential quadrature method has been used to discretize and analyze the aeroelastic equations. The governing equations after discretization are solved by calculating and analyzing eigenvalues and the occurrence of the flutter phenomenon for the laminated composite plate is obtained. To examine the reliability, the distribution of random variables as a normal distribution has been used. Finally, the Monte Carlo simulation method was used for five different boundary conditions to obtain the reliability of the plate flat threshold. According to the presented results, the reliability value of the composite plate flutter threshold for the full hinge boundary condition (SSSS) will be higher than other boundary conditions and the all-bound boundary condition (CCCC) will be lower than other boundary conditions. Also, according to the studies on the condition of the fiber angle of the composite plate, it can be concluded that increasing the angle of the fiber of the composite plate increases the reliability of the occurrence of the filter threshold.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Laminated composite plates
  • Reliability
  • Flutter
  • Monte-Carlo Simulation
  • Differential quadrature method
 [1] R.L. Bisplinghoff, H. Ashley, Principles of aeroelasticity, Courier Corporation, 2013.
[2] J.W. Sawyer, Flutter and buckling of general laminated plates, Journal of Aircraft, 14(4) (1977) 387-393.
[3] J.F. Abbas, R. Ibrahim, R.F. Gibson, Nonlinear flutter of orthotropic composite panel under aerodynamic heating, AIAA journal, 31(8) (1993) 1478-1488.
[4] G. Cheng, C. Mei, Finite element modal formulation for hypersonic panel flutter analysis with thermal effects, AIAA journal, 42(4) (2004) 687-695.
[5] M. Kouchakzadeh, M. Rasekh, H. Haddadpour, Panel flutter analysis of general laminated composite plates, Composite Structures, 92(12) (2010) 2906-2915.
[6] J. Fazilati, V. Khalafi, Aeroelastic panel flutter optimization of tow-steered variable stiffness composite laminated plates using isogeometric analysis, Journal of Reinforced Plastics and Composites, 38(19-20) (2019) 885-895.
[7] J. Cheng, C. Cai, R.-c. Xiao, S. Chen, Flutter reliability analysis of suspension bridges, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 93(10) (2005) 757-775.
[8] Z.-G. Wu, C. Yang, Modeling and robust stability for aeroservoelastic systems with uncertainties, Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 24(4) (2003) 312-316.
[9] Y. Liu, K. Chen, D. Zheng, Flutter reliability analysis of wing structure, Acta Aeronautica et astronautica sinica-series A and B, 19 (1998) 503-505.
[10] D. Liaw, H.T. Yang, Reliability and nonlinear supersonic flutter of uncertain laminated plates, AIAA journal, 31(12) (1993) 2304-2311.
[11] D. Liaw, H.T. Yang, Reliability of uncertain laminated shells due to buckling and supersonic flutter, AIAA journal, 29(10) (1991) 1698-1708.
[12] S. Pourzeynali, T. Datta, Reliability analysis of suspension bridges against flutter, Journal of Sound and Vibration, 254(1) (2002) 143-162.
[13] Y. Ge, H. Xiang, H. Tanaka, Application of a reliability analysis model to bridge flutter under extreme winds, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 86(2-3) (2000) 155-167.
[14] J. Cheng, R.-c. Xiao, Probabilistic free vibration and flutter analyses of suspension bridges, Engineering structures, 27(10) (2005) 1509-1518.
[15] P.K. Swain, N. Sharma, D.K. Maiti, B.N. Singh, Aeroelastic analysis of laminated composite plate with material uncertainty, Journal of Aerospace Engineering, 33(1) (2020) 04019111.
[16] G. Shanthini, A. Pankaj, M. Manjuprasad, Flutter Reliability Studies of a Swept Back Plate, in:  Recent Advances in Structural Engineering, Volume 1, Springer, 2019, pp. 537-550.
[17] E. Sadeghian, S. Toosi, Reliability analysis of a composite laminate using estimation theory, Journal of Central South University, 26(3) (2019) 665-672.
[18] M. Farsi, V. Khalafi, Reliability analysis of flutter threshold for an isotropic panel with different boundary conditions, Journal of Aeronautical Engineering, 20(2) (2019) 67-74 (in Persian).
[19] S. Kumar, A.K. Onkar, M. Manjuprasad, Stochastic Modeling and Reliability Analysis of Wing Flutter, Journal of Aerospace Engineering, 33(5) (2020) 04020044.
[20] S. Shufang, L. Zhenzhou, Z. Weiwei, Y. Zhengyin, Reliability and sensitivity analysis of transonic flutter using improved line sampling technique, Chinese Journal of Aeronautics, 22(5) (2009) 513-519.
[21] W. Soedel, M.S. Qatu, Vibrations of shells and plates, in, Acoustical Society of America, 2005.
[22] R.M. Christensen, Mechanics of composite materials, Courier Corporation, 2012.
[23] K.-J. Sohn, J.-H. Kim, Nonlinear thermal flutter of functionally graded panels under a supersonic flow, Composite Structures, 88(3) (2009) 380-387.
[24] C. Shu, Differential quadrature and its application in engineering, Springer Science & Business Media, 2012.
[25] M.R. KAMYAB, M. Fadaee, Reliability assessment of structures by Monte Carlo simulation and neural networks, Asian journal  of civil engineering,  (2012).