Development of a methodology to study the stability of aeroviscoelastic systems using the Doublet Lattice method

O estudo desta dissertação apresenta também um compilado exclusivo no idioma português do desenvolvimento e implementação do método Doublet Lattice, que pode ser útil para estudantes e pesquisadores em aerodinâmica não-estacionária.In aeronautical industry the flutter phenomenon has a great importance and need to be investigated, since it can lead to catastrophes. Thus, the constant requirements for high-performance structures turns flutter a design metric for the optimization of aeroelastic performance. In this sense, the current solutions for optimal aeroelastic performance, involves passive or active aeroelastic control. Commonly, the techniques for passive control involves the use of anisotropic materials to affect aerodynamic and structural performance in a beneficial way. In order to achieve flutter suppression, the use of viscoelastic materials aims to improve aeroelastic performance, due to its high structural damping. The focus of this work was developed a methodology to study aeronautical structures using an implemented Doublet-Lattice Method (DLM) program to provide unsteady aerodynamics loads at a low computational cost. The program aims to be a reliable tool to investigate the feasibility of the application of viscoelastic materials in flutter suppression. A plate-like wing model is used to investigate the influence of viscoelastic treatment, on the form of a sandwich plate, in the aeroelastic stability considering subsonic flow. Finally, the influence of the viscoelastic treatment on the proposed structure was evaluated as well as the influence of environmental and operational parameters in the critical flutter velocity.CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorCNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e TecnológicoDissertação (Mestrado)O flutter é um fenômeno aeroelástico que está sempre em atenção no projeto de aeronaves. A constante busca por soluções aeroelásticas de alto desempenho torna o flutter uma métrica importante nos requisitos de otimização do projeto. Neste sentido, a indústria aeronáutica tem visado soluções para fornecer um desempenho aeroelástico ótimo, por meio da supressão do fenômeno por vias de controle ativo ou passivo. O uso de técnicas de controle passivo comumente envolve a aplicação de materiais que sejam benéficos ao desempenho aerodinâmico e estrutural. De tal maneira, o emprego de materiais viscoelásticos pode ser uma solução viável para aumentar a eficiência aeroelástica do sistema, devido à sua grande capacidade de amortecimento estrutural. O foco deste trabalho foi o desenvolvimento de uma metodologia de análise da estabilidade de sistemas de interesse aeronáutico e implementação do método doublet lattice (DLM) como uma ferramenta de cálculo, para prover estimativas com baixo custo computacional de cargas aerodinâmicas complexas para superfícies sustentadoras. Além do mais, o trabalho apresenta uma contribuição ao estudo de sistemas aeroviscoelásticos, empregando a modelagem aerodinâmica pelo DLM, para estudar a viabilidade de aplicação de materiais viscoelásticos no controle aeroelástico de sistemas estruturais representativos de asas, do tipo placas sanduíches finas, sujeitas a fluxos subsônicos. A influência do tratamento viscoelástico para a estrutura proposta é avaliada, bem como a influência de parâmetros operacionais e ambientais sobre a velocidade crítica de flutter

COMPUTATIONAL STUDY OF METHODS FOR FLUID STRUCTURE INTERACTION

This work presents the numerical simulations of problems of solid and fluid mechanics aiming a future fluid structure interaction, considering an immersed flexible beam. In recent years, a number of applications dedicated to flow-induced vibrations have been proposed in order to satisfy the increasing demand for high performance and safe operation of mechanical systems. The vibration response of aircraft wings, bridges, buildings, and engine blades, are frequently obtained by using fluid-structure interaction approaches. Therefore, the flow-induced vibrations are determined from the mathematical models of both the fluid and the submerged structure. A cantilever beam is used to demonstrate the efficiency of the proposed methods for the integrated solution of these domains. A finite element model based on the Euler-Bernoulli theory is used to obtain the dynamic responses of the beam. The fluid domain is simulated by using the equations of Navier-Stokes associated with the local ghost-cell immersed boundary method. The results show the method efficiency in dealing with corners and sharp geometries, as beams and airfoils, for fluid-structure problems considering immersed boundaries. Further research efforts will be dedicated to numerical tests for evaluate coupling algorithms, given the methodologies applied