rezumat teza

Download Rezumat Teza

Post on 24-Sep-2015

48 views

Category:

Documents

8 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Rezumat Teza De Doctorat

TRANSCRIPT

  • BUCURESTI, 2006

  • 2

  • 3

    CUPRINS CAPITOLUL 1 INTRODUCERE 5

    1.1 OBIECTUL TEZEI 6 1.2 CADRUL STUDIULUI 8 1.3 PLANUL TEZEI 8

    CAPITOLUL 2 STUDIU BIBLIOGRAFIC AL METODELOR ANALITICE I NUMERICE N AEROELASTICITATE 10

    2.1 METODELE REELEI DE DISCRETIZARE FIXE 11 2.2 METODELE REELELOR DE DISCRETIZARE FIXE CU SISTEM DE REFERIN MOBIL 12 2.3 METODELE ARBITRARE LAGRANGE-EULER ALE 13 2.4 METODELE REELEI DE DISCRETIZARE DINAMICE 15 2.5 CONCLUZII 15

    CAPITOLUL 3 FORMULAREA PROBLEMELOR DE CUPLAJ AEROELASTIC NELINIAR 16

    3.1 PROCEDURA DECALRII SECVENIALE 18 3.2 PROCEDURA DECALRII PARALELE 20

    CAPITOLUL 4 TEHNOLOGIE AEROELASTIC NELINIAR TAERON 21

    4.1 ALGORITMUL GENERAL 21 4.2 CMPUL FLUID 23

    4.2.1 MODELAREA NUMERIC A FLUIDULUI 23 4.2.2 INTEGRAREA CODULUI CFD FLUENT N TAERON 25

    4.3 CMPUL STRUCTURAL 29 4.3.1 MODELAREA NUMERIC A STRUCTURII 29 4.3.2 INTEGRAREA CODULUI CSM ABAQUS N TAERON 30

  • 4

    4.4 PSEUDO-CMPUL GRIDULUI FLUID DEFORMABIL 32 4.4.1 MODELAREA NUMERIC A PSEUDO-STRUCTURII GRIDULUI

    FLUID MOBIL 32 4.4.2 INTEGRAREA CODULUI GRID DEFORMATION N TAERON 33

    4.5 SPIVOL 35

    CAPITOLUL 5 CAZURI DE STUDIU. VALIDARE TAERON 37

    5.1 CURGEREA N JURUL UNEI PLCI PLANE 37 5.1.1 CURGEREA NESTAIONAR N JURUL UNEI PLCI PLANE.

    INTRODUCERE 37 5.1.2 REZULTATE EXPERIMENTALE 38 5.1.3 SIMULARE 2D I 3D FR CUPLAJ FLUID-STRUCTUR 39 5.1.4 SIMULARE 3D TAERON 46 5.1.5 CONCLUZII 50

    5.2 CURGEREA N JURUL UNUI MODEL ELASTIC NACA0008 51 5.2.1 REZULTATE EXPERIMENTALE 51 5.2.2 SIMULARE 3D TAERON 52 5.2.3 CONCLUZII 57

    5.3 CURGEREA N JURUL UNUI PROFIL AGARD 445.6 58 5.3.1 REZULTATE EXPERIMENTALE 58 5.3.2 SIMULARE 3D TAERON 59 5.3.3 CONCLUZII 61

    CAPITOLUL 6 CONTRIBUII PERSONALE I CONCLUZII 64

    6.1 CONTRIBUII PERSONALE 64 6.2 CONCLUZII 66 6.3 PERSPECTIVE 68

  • Introducere 5

    CAPITOLUL 1 INTRODUCERE Problemele de interaciune fluid-structur apar n analiza multor sisteme

    complexe cum ar fi structurile navale i aerospaiale, reactoarele nucleare, hidrocentralele, curgerile n conducte elastice i n vasele de snge etc. Comportamentul dinamic al unei structuri elastice care interacioneaz cu un mediu fluid difer substanial de dinamica aceleai structuri n absena fluidului. Astfel, sub aciunea mediului fluid, vibraiile structurii vor genera o presiune hidrodinamic ce va modifica deformaiile structurale iar acestea, la rndul lor, vor influena presiunea hidrodinamic ce a stat la originea lor. Aadar problema interaciunii fluid-structur este o problema elastodinamic n care structura i fluidul formeaz un singur sistem, cuplat, rezultat din interaciunea a cel puin dou fore i anume, fore aerodinamice i fore elastice, la care se pot aduga i forele ineriale.

    Figura 1 Natura multidisciplinar a aeroelasticitii.

    Aeroelasticitatea, ca subdomeniu al problemelor de interaciune fluid-structur, este termenul folosit pentru a defini studiul interaciunii ntre forele aerodinamice i deformaiile care apar n curgerea n jurul unei aeronave. Pe suprafaa structurii elastice aflat ntr-un curent de aer vor aprea ncrcri datorate presiunii. n cazul unei curgeri nestaionare sau a unor condiii la limit nestaionare, aceste presiuni vor fi dependente de timp. Deplasrile/deformrile structurii aeronavei induse de aceste presiuni vor determina la rndul lor schimbarea condiiilor la limit ale curgerii curentului de aer. Natura multidisciplinar a acestui domeniu poate fi ilustrat n Figura 1 unde apar cele trei discipline care concur la apariia fenomenelor aeroelastice: aerodinamica, dinamica i elasticitatea.

    n conceperea aeronavelor, fenomenele aeroelastice pot acoperi un spectru larg de la nedestructive la catastrofice. La captul nedestructiv al spectrului aceste fenomene pot crea disconfortul pilotului sau a pasagerilor. n timp ns, aceste fenomene provoac vibraii care afecteaz structura aeronavei la nivel microscopic

  • 6 Introducere

    conducnd la defecte de oboseal ale acesteia. La celalalt capt al spectrului, instabilitile aeroelastice pot distruge aeronava aproape instantaneu cu apariia lor.

    Problemele aeroelastice care trebuie rezolvate de specialiti pot fi de natura pur static aeroelasticitate static - dac forele ineriale nu joac un rol important, sau de natur dinamic aeroelasticitate dinamic - dac forele de inerie nu mai pot fi neglijate.

    O larg i foarte bine documentat analiz a celor dou tipuri de fenomene aeroelastice, statice i dinamice, este fcut de Augustin Petre n lucrrile [1, 2].

    Dat fiind caracterul distructiv al acestor fenomene aeroelastice, nelegerea mecanismelor lor i evitarea apariiei lor a reprezentat o provocare pentru specialitii n aeroelasticitate nc de la semnalarea lor. Cu toate acestea, limitrile impuse de tehnica de calcul au fcut ca modelarea matematic i simularea acestor tipuri de fenomene s fie greoaie dac nu imposibil pentru geometriile complexe, ncercrile experimentale rmnnd singura soluie pentru evitarea lor. ns dezvoltarea fr precedent pe care a cunoscut-o computerul n ultimii ani a permis apariia de noi modele matematice i algoritmi de calcul capabili s simuleze fenomenele de interaciune fluid-structur n general i de aeroelasticitate n particular.

    1.1 Obiectul tezei

    Dintre cele patru domenii ce apar n Figura 1 (mecanica zborului, dinamica structurii, aerolasticitatea static i aeroelasticitatea dinamic) prezenta lucrare este dedicat aeroelasticitii dinamice.

    Recent, nume importante din industria aviatic au colaborat n diverse programe finanate de ctre Uniunea Europeana pentru a realiza o platforma de calcul paralel destinat simulrilor aeroelastice neliniare pe griduri nestructurate refolosind coduri CFD i CSM foarte sofisticate. Aceast platform se dorea a sta la baza unui soft european care s permit companiilor aeriene s investigheze fenomene aeroelastice particulare.

    Un astfel de program a fost TAURUS (Technology Development for Aeroelastic Simulations on Unstructured Grids), continuare a unui alt program JULIUS (Joint Industrial Interface for End-User Simulations). Academia Tehnic Militar, n calitate de participant n cadrul programului TAURUS, a avut ocazia s colaboreze cu cele mai mari concerne de aviaie europene (EADS, Alenia, Dornier, IAI, Saab), cu institute de cercetri aerospaiale de renume (SMR, DLR, FOI NLR, IoA, Onera) i cu universiti din ara Galilor, Polonia, Germania. Din cele apte capitole ale programului, cel dedicat Academiei Tehnice Militare a avut ca tem de cercetare furnizarea de rezultate experimentale aeroelastice att pentru geometrii simple ct i pentru ntregul avion de coal IAR-99. De asemenea ATM a furnizat

  • Introducere 7

    modelul CAD i FEM al aceluiai avion pentru a fi folosit la validarea noii tehnologii pe baza datelor experimentale obinute cu IAR-99 la sol i n zbor.

    Dei la finalul programului nu s-a reuit atingerea scopului propus, programul n sine a fost un succes pentru toi participanii care au avut astfel posibilitatea sa intre n contact cu ultimele realizri n domeniu i cu ultimele metode numerice i coduri dedicate aeroelasticitii.

    Primul obiectiv al cercetrilor ntreprinse de autor n acest domeniu, beneficiind de ntregul know-how obinut n timpul programului TAURUS, a fost realizarea unei astfel de tehnologii simplificate de calcul (de aceasta dat neparalel) capabil s simuleze fenomenele aeroelastice dinamice i validarea ei pe baza rezultatelor experimentale.

    CFD FLUENT CSM ABAQUS

    GRID DEFORMATION

    SPIVOL presiuni

    INTERFATA ALGORITMULUI

    DE CUPLARE

    SPIVOL deplasari

    Figura 2 Diagrama tehnologiei de simulare a fenomenelor aeroelastice TAERON

    Folosind metodele numerice implementate de Farhat [3] prin mprirea problemei de interaciune fluid-structur n trei cmpuri i rezolvarea lor cu coduri separate, ne propunem s folosim n cadrul tehnologiei de simulare a problemelor de aeroelasticitate neliniare coduri existente i validate pentru fiecare cmp n parte. Aceast tehnologie va fi denumit n continuare TAERON (Tehnologie AEROelastic Neliniar).

    n Figura 2 este reprezentat algoritmul simulrii fenomenelor aeroelastice cu ajutorul tehnologiei propuse. Astfel, se propune folosirea codului CFD FLUENT i a codului CSM Abaqus pentru obinerea soluiilor n cmpurile fluid i structur i codul Grid Deformation realizat la ONERA pentru obinerea soluiei n cmpul pseudo-structural al gridului deformabil. Totodat, un alt cod, SPIVOL realizat la EADS, a fost folosit pentru interpolarea datelor la interfaa fluid-structur. ntreaga platform are la baz comunicarea intre coduri cu ajutorul unei interfee alctuite din biblioteci programate n Fortran i C. Aceasta interfa permite utilizatorului implementarea cu foarte mare uurina a diferitelor metode propuse de Farhat n [3] , metode ce vor fi detaliate n capitolele urmtoare.

    Cel de-al doilea obiectiv al tezei a fost cel de a obine date experimentale ce vor fi folosite la validarea noii tehnologii de simulare a fenomenelor aeroelastice alturi de alte date experimentale deja existente.

  • 8 Introducere

    1.2 Cadrul studiului

    Pentru a demonstra validitatea tehnologiei de simulare propuse TAERON au fost realizate trei simulri care au fost comparate cu date experimentale. n ordinea complexitii, primul studiu de caz validat a fost cel al unei geometrii simple, o plac din aluminiu de dimensiuni 155.7x25x1mm dispus perpendicular ntr-un curent de aer la o vitez de 37 m/s. Experimentele realizate la ENSIETA ntr-o suflerie subsonic deschis DeltaLab au fost deja folosite pentru validarea unui cod de cuplaj staionar fluid-structur [4]. Aceleai rezultate experimentale au fost folosite pentru verificarea tehnologiei de simulare neliniar a fenomenelor aeroelastice TAERON. Un studiu de caz bidimensional i tridimensional al curger