Análise de estabilidade de sistemas aeroelásticos empregando elementos finitos estocásticos e o Método Doublet Lattice

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2021
Autor(a) principal: Delgado Filho, Marcelo Araújo
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de Uberlândia
Brasil
Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/31303
http://doi.org/10.14393/ufu.di.2021.27
Resumo: Flutter is a critical aeroelastic instability, whose consideration is fundamental during the design of any aircraft. Although there are well-established methodologies in the open literature for dealing with the flutter phenomenon, in practice, aeroelastic systems are frequently subjected to parameters variations that, even though vary little, may influence its aeroelastic response considerably. Thus, to make the flutter prediction more realistic and reliably, it is necessary to propose methodologies for dealing with the uncertain parameters. Therefore, this work aimed to evaluate the effect of geometric uncertainty of a wing on its structural and aeroelastic behavior. In this contribution, the wing is modelled as a thin plate by using the so-called stochastic finite element method, in which the spatial variation of the thickness is modelled through the Karhunen-Loève expansion and the uncertainties are introduced on the model by the Monte Carlo simulation. In turn, the non-stationary aerodynamic loads are given according to the doublet lattice method. Then, from the equation of motion of the stochastic aeroelastic system, it was possible to formulate an eigenvalue problem to be solved in order to predict the flutter boundary. The results demonstrated the applicability of the proposed methodology for dealing with parametric uncertainties on aeroelastic systems and their degree of influence on the flutter boundary. It is evident the importance of considering them on aeroelastic systems for dealing with more realistic situations.
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Although there are well-established methodologies in the open literature for dealing with the flutter phenomenon, in practice, aeroelastic systems are frequently subjected to parameters variations that, even though vary little, may influence its aeroelastic response considerably. Thus, to make the flutter prediction more realistic and reliably, it is necessary to propose methodologies for dealing with the uncertain parameters. Therefore, this work aimed to evaluate the effect of geometric uncertainty of a wing on its structural and aeroelastic behavior. In this contribution, the wing is modelled as a thin plate by using the so-called stochastic finite element method, in which the spatial variation of the thickness is modelled through the Karhunen-Loève expansion and the uncertainties are introduced on the model by the Monte Carlo simulation. In turn, the non-stationary aerodynamic loads are given according to the doublet lattice method. Then, from the equation of motion of the stochastic aeroelastic system, it was possible to formulate an eigenvalue problem to be solved in order to predict the flutter boundary. The results demonstrated the applicability of the proposed methodology for dealing with parametric uncertainties on aeroelastic systems and their degree of influence on the flutter boundary. It is evident the importance of considering them on aeroelastic systems for dealing with more realistic situations.CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e TecnológicoDissertação (Mestrado)O flutter é uma instabilidade aeroelástica crítica, cuja consideração é fundamental para o projeto de qualquer aeronave. Apesar de existirem, na literatura aberta, metodologias bastante consolidadas para a quantificação do fenômeno de flutter subsônico, na prática, o sistema está frequentemente submetido a variações de seus parâmetros que, mesmo variando pouco, podem influenciar consideravelmente a sua resposta aeroelástica. Assim, visando prever de maneira mais realista e confiável as instabilidades em regime subsônico, faz-se necessário desenvolver metodologias que incorporem essas fontes de incertezas. Diante disso, esse trabalho objetivou avaliar o efeito da variação na geometria de uma asa sobre o seu comportamento estrutural e aeroelástico. A asa é representada por uma placa fina, segundo o método dos elementos finitos estocásticos, com a variação espacial da espessura sendo representada pela expansão de Karhunen-Loève e as incertezas introduzidas segundo o método de Monte Carlo. Por sua vez, o carregamento aerodinâmico não estacionário é estabelecido pelo método doublet lattice, por códigos próprios desenvolvidos em ambiente de programação MATLAB. Em seguida, a partir da equação do sistema aeroelástico estocástico, pôde-se formular um problema de autovalores cuja solução permitiu realizar a análise de estabilidade pretendida. Os resultados obtidos permitem avaliar não somente a potencialidade da metodologia proposta para tratar as incertezas em sistemas aeroelásticos em regime subsônico, mas também o seu grau de influência na velocidade de flutter do sistema. Fica evidente que a consideração das incertezas em modelos aeroelásticos é de fundamental importância para o projeto mais realístico de uma superfície sustentadora.Universidade Federal de UberlândiaBrasilPrograma de Pós-graduação em Engenharia MecânicaLima, Antônio Marcos Gonçalves dehttp://lattes.cnpq.br/0632660969306570Duarte, Marcus Antonio Vianahttp://lattes.cnpq.br/9030389274220180Marques, Flávio Donizetihttp://lattes.cnpq.br/3472380849050157Delgado Filho, Marcelo Araújo2021-02-23T11:50:11Z2021-02-23T11:50:11Z2021-02-12info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfDELGADO FILHO, Marcelo Araújo. Análise de estabilidade de sistemas aeroelásticos empregando elementos finitos estocásticos e o método doublet lattice. 2021. 67 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2021. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2021.27https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/31303http://doi.org/10.14393/ufu.di.2021.27porhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFUinstname:Universidade Federal de Uberlândia (UFU)instacron:UFU2021-02-24T06:19:13Zoai:repositorio.ufu.br:123456789/31303Repositório InstitucionalONGhttp://repositorio.ufu.br/oai/requestdiinf@dirbi.ufu.bropendoar:2021-02-24T06:19:13Repositório Institucional da UFU - Universidade Federal de Uberlândia (UFU)false
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description Flutter is a critical aeroelastic instability, whose consideration is fundamental during the design of any aircraft. Although there are well-established methodologies in the open literature for dealing with the flutter phenomenon, in practice, aeroelastic systems are frequently subjected to parameters variations that, even though vary little, may influence its aeroelastic response considerably. Thus, to make the flutter prediction more realistic and reliably, it is necessary to propose methodologies for dealing with the uncertain parameters. Therefore, this work aimed to evaluate the effect of geometric uncertainty of a wing on its structural and aeroelastic behavior. In this contribution, the wing is modelled as a thin plate by using the so-called stochastic finite element method, in which the spatial variation of the thickness is modelled through the Karhunen-Loève expansion and the uncertainties are introduced on the model by the Monte Carlo simulation. In turn, the non-stationary aerodynamic loads are given according to the doublet lattice method. Then, from the equation of motion of the stochastic aeroelastic system, it was possible to formulate an eigenvalue problem to be solved in order to predict the flutter boundary. The results demonstrated the applicability of the proposed methodology for dealing with parametric uncertainties on aeroelastic systems and their degree of influence on the flutter boundary. It is evident the importance of considering them on aeroelastic systems for dealing with more realistic situations.
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