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Unsteady aero-elastic analysis of a composite wing containing an edge crack
Aerospace Science and Technology ( IF 5.0 ) Pub Date : 2021-04-30 , DOI: 10.1016/j.ast.2021.106769
A.R. Torabi , Shahrokh Shams , Mahdi Fatehi Narab , M.A. Amiri Atashgah

This paper deals with the investigation of the influence of edge surface crack on the flutter behavior of unidirectional fiber-reinforced composite wing subjected to unsteady aerodynamic loads. The cracked wing is modeled as a two-interconnected Euler–Bernoulli beam at the crack location, where the related crack is modeled using continuity conditions and the local flexibility matrix concept. The components of this matrix are extracted from the theory of linear fracture mechanics. The formulation takes into account the effects of bending-torsion coupling due to the unbalanced laminates and offset of the center of gravity inherent to composite structures. The fundamental modes of intact and cracked cantilevered beams, derived from the free vibration analysis by the dynamic stiffness matrix, are used in Galerkin's method. The modified shape functions are developed to reflect the crack effect in the aeroelastic analysis, wherein an unsteady aerodynamic model based on strip theory is employed. By a combination of structure and aerodynamic formulations and using the modified mode shapes and applying a new iteration algorithm, the flutter boundary is determined. Also, the procedure has been evaluated by solving the number of problems available in the literature. Then effects of various parameters, such as the fiber angle, the crack location, the crack length, and the aerodynamic model, on the flutter boundary are analyzed and a detailed discussion will be addressed. It was found that these parameters can have a positive or negative influence on the flutter behavior of the structure.



中文翻译:

含边缘裂纹的复合材料机翼的非定常气动弹性分析

本文研究了边缘表面裂纹对承受非定常空气动力载荷的单向纤维增强复合材料机翼颤振性能的影响。裂纹的机翼在裂纹位置被建模为两个互连的Euler–Bernoulli梁,其中使用连续性条件和局部柔性矩阵概念对相关的裂纹进行了建模。该矩阵的成分是从线性断裂力学理论中提取的。该配方考虑了由于不平衡的层压板和复合结构固有的重心偏移而引起的弯扭耦合效应。Galerkin方法使用了通过动态刚度矩阵的自由振动分析得出的完整和破裂的悬臂梁的基本模式。开发了改进的形状函数以反映气动弹性分析中的裂纹效应,其中采用了基于条形理论的非定常空气动力学模型。通过结构和空气动力学公式的组合,并使用修改后的模式形状并应用新的迭代算法,可以确定颤振边界。同样,通过解决文献中可用的问题数量对程序进行了评估。然后分析了各种参数(如纤维角度,裂纹位置,裂纹长度和空气动力学模型)对颤振边界的影响,并进行了详细讨论。发现这些参数可以对结构的颤动行为产生正面或负面的影响。其中采用了基于条带理论的非定常空气动力学模型。通过结构和空气动力学公式的组合,并使用修改后的模式形状并应用新的迭代算法,可以确定颤振边界。同样,通过解决文献中可用的问题数量对程序进行了评估。然后分析了各种参数(如纤维角度,裂纹位置,裂纹长度和空气动力学模型)对颤振边界的影响,并进行了详细讨论。发现这些参数可以对结构的颤动行为产生正面或负面的影响。其中采用了基于条带理论的非定常空气动力学模型。通过结构和空气动力学公式的组合,并使用修改后的模式形状并应用新的迭代算法,可以确定颤振边界。同样,通过解决文献中可用的问题数量对程序进行了评估。然后分析了各种参数(如纤维角度,裂纹位置,裂纹长度和空气动力学模型)对颤振边界的影响,并进行了详细讨论。发现这些参数可以对结构的颤动行为产生正面或负面的影响。通过结构和空气动力学公式的组合,并使用修改后的模式形状并应用新的迭代算法,可以确定颤振边界。同样,通过解决文献中可用的问题数量对程序进行了评估。然后分析了各种参数(如纤维角度,裂纹位置,裂纹长度和空气动力学模型)对颤振边界的影响,并进行了详细讨论。发现这些参数可以对结构的颤动行为产生正面或负面的影响。通过结构和空气动力学公式的组合,并使用修改后的模式形状并应用新的迭代算法,可以确定颤振边界。同样,通过解决文献中可用的问题数量对程序进行了评估。然后分析了各种参数(如纤维角度,裂纹位置,裂纹长度和空气动力学模型)对颤振边界的影响,并进行了详细讨论。发现这些参数可以对结构的颤动行为产生正面或负面的影响。并分析了颤振边界上的空气动力学模型,并进行了详细的讨论。发现这些参数可以对结构的颤动行为产生正面或负面的影响。并分析了颤振边界上的空气动力学模型,并进行了详细的讨论。发现这些参数可以对结构的颤动行为产生正面或负面的影响。

更新日期:2021-05-04
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