Nonlinear dynamic response of a sandwich beam considering porous core and nano-composite face sheet on nonlinear viscoelastic foundation with temperature-variable material properties is investigated in this research. The Hamilton's principle and beam theory are used to drive the equations of motion. The nonlinear differential equations of sandwich beam respect to time are obtained to solve nonlinear differential equations by Homotopy perturbation method (HPM). The effects of various parameters such as linear and nonlinear damping coefficient, linear and nonlinear spring constant, shear constant of Pasternak type for elastic foundation, temperature variation, volume fraction of carbon nanotube, porosity distribution and porosity coefficient on nonlinear dynamic response of sandwich beam are presented. The results of this paper could be used to analysis of dynamic modeling for a flexible structure in many industries such as automobiles, Shipbuilding, aircrafts and spacecraft with solar easured at current time step and the velocity and displacement were estimated through linear integration.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.33
no.1
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pp.39-47
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2005
In this paper, a method of station keeping strategy using relative orbital motion and numerical optimization technique is presented for geostationary spacecraft. Relative position vector with respect to an ideal geostationary orbit is generated using high precision orbit propagation, and compressed in terms of polynomial and trigonometric function. Then this relative orbit model is combined with optimization scheme to propose a very efficient and flexible method of station keeping planning. Proper selection of objective and constraint functions for optimization can yield a variety of station keeping methods improved over the classical ones. Results from the nonlinear simulation have been shown to support such concept.
High Altitude and Long Endurance (HALE) aircraft are capable of providing intelligence, surveillance and reconnaissance (ISR) capabilities over vast geographic areas when equipped with advanced sensor packages. As their use becomes more widespread, the demand for additional range, endurance and payload capability will increase and designers are exploring non-conventional configurations to meet the increasing demands. One such configuration is the joined-wing concept. A joined-wing aircraft is one that typically connects a front and aft wings in a diamond shaped planform. One such example is the Boeing SensorCraft configuration. While the joined-wing configuration offers potential benefits regarding aerodynamic efficiency, structural weight, and sensing capabilities, structural design requires careful consideration of elastic buckling resulting from the aft wing supporting, in compression, part of the forward wing structural loading. It has been shown already that this is a nonlinear phenomenon, involving geometric nonlinearities and follower forces that tend to flatten the entire configuration, leading to structural overload due to the loss of the aft wing's ability to support the forward wing load. Severe gusts are likely to be the critical design condition, with flight control system interaction in the form of Gust Load Alleviation (GLA) playing a key role in minimizing the structural loads. The University of Victoria Center for Aerospace Research (UVic-CfAR) has built a 3-meter span scaled and flexible wing UAV based on the Boeing SensorCraft design. The goal is to validate the nonlinear structural behavior in flight. The main objective of this research work is to perform Ground Vibration Tests (GVT) to characterize the dynamic properties of the scaled flight vehicle. Results from the experimental tests are used to characterize the modal dynamics of the aircraft, and to validate the numerical models. The GVT results are an important step towards a safe flight test program.
Airoldi, Alessandro;Quaranta, Giuseppe;Beltramin, Alvise;Sala, Giuseppe
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.1
no.3
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pp.331-351
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2014
The paper presents the development of numerical models referred to a morphing actuated aileron. The structural solution adopted consists of an internal part made of a composite chiral honeycomb that bears a flexible skin with an adequate combination of flexural stiffness and in-plane compliance. The identification of such structural frame makes possible an investigation of different actuation concepts based on diffused and discrete actuators installed in the skin or in the skin-core connection. An efficient approach is presented for the development of aeroelastic condensed models of the aileron, which are used in sensitivity studies and optimization processes. The aerodynamic performances and the energy required to actuate the morphing surface are evaluated and the definition of a general energetic performance index makes also possible a comparison with a rigid aileron. The results show that the morphing system can exploit the fluid-structure interaction in order to reduce the actuation energy and to attain considerable variations in the lift coefficient of the airfoil.
In order to successfully develop attitude and orbit control subsystem(AOCS), AOCS engineer performs hardware selection, controller design and analysis, control logic and interface verification on electrical test bed, integrated system test, polarity test, and finally verification on orbit after launching. Attitude and orbit control subsystem for KOMPSAT-2 consists of standby mode, sun mode, maneuver mode, science mode, and power safe mode to stabilize and to control the spacecraft for performing the mission. The sun mode is usually divided into sun point submode, earth search submode and safe hold submode. The maneuver mode is divided into attitude hold submode and ${\triangle}$ V submode, while the science mode divided into science coarse submode and science fine submode. Moreover, it is added to back-up mode which uses wheels as an actuator for sun mode and maneuver mode. In this paper, we describe the controller design process and the performance of the design results with respect to the sun mode and the maneuver mode based on thrusters as an actuator using on flexible model.
Flutter is a dangerous phenomenon encountered in flexible structures subjected to aerodynamic forces. This includes aircraft, helicopter blades, engine rotors, buildings and bridges. Flutter occurs as a result of interactions between aerodynamic, stiffness and inertia forces on a structure. The conventional method for designing a rotor blade to be free from flutter instability throughout the helicopter's flight regime is to design the blade so that the aerodynamic center (AC), elastic axis (EA) and center of gravity (CG) are coincident and located at the quarter-chord. While this assures freedom from flutter, it adds constraints on rotor blade design which are not usually followed in fixed wing design. Periodic Structures have been in the focus of research for their useful characteristics and ability to attenuate vibration in frequency bands called "stop-bands". A periodic structure consists of cells which differ in material or geometry. As vibration waves travel along the structure and face the cell boundaries, some waves pass and some are reflected back, which may cause destructive interference with the succeeding waves. In this work, we analyze the flutter characteristics of a helicopter blades with a periodic change in their sandwich material using a finite element structural model. Results shows great improvements in the flutter forward speed of the rotating blade obtained by using periodic design and increasing the number of periodic cells.
The time-varying structural reliability of an aeroelastic launch vehicle subjected to stochastic parameters is investigated. The launch vehicle structure is under the combined action of several stochastic loads that include aerodynamics, thrust as well as internal combustion pressure. The launch vehicle's main body structural flexibility is modeled via the normal mode shapes of a free-free Euler beam, where the aerodynamic loadings on the vehicle are due to force on each incremental section of the vehicle. The rigid and elastic coupled nonlinear equations of motion are derived following the Lagrangian approach that results in a complete aeroelastic simulation for the prediction of the instantaneous launch vehicle rigid-body motion as well as the body elastic deformations. Reliability analysis has been performed based on two distinct limit state functions, defined as the maximum launch vehicle tip elastic deformation and also the maximum allowable stress occurring along the launch vehicle total length. In this fashion, the time-dependent reliability problem can be converted into an equivalent time-invariant reliability problem. Subsequently, the first-order reliability method, as well as the Monte Carlo simulation schemes, are employed to determine and verify the aeroelastic launch vehicle dynamic failure probability for a given flight time.
Flutter is a dangerous phenomenon encountered in flexible structures subjected to aerodynamic forces. This includes aircraft, buildings and bridges. Flutter occurs as a result of interactions between aerodynamic, stiffness, and inertia forces on a structure. In an aircraft, as the speed of the flow increases, there may be a point at which the structural damping is insufficient to damp out the motion which is increasing due to aerodynamic energy being added to the structure. This vibration can cause structural failure, and therefore considering flutter characteristics is an essential part of designing an aircraft. Scientists and engineers studied flutter and developed theories and mathematical tools to analyze the phenomenon. Strip theory aerodynamics, beam structural models, unsteady lifting surface methods (e.g., Doublet-Lattice) and finite element models expanded analysis capabilities. Periodic Structures have been in the focus of research for their useful characteristics and ability to attenuate vibration in frequency bands called "stop-bands". A periodic structure consists of cells which differ in material or geometry. As vibration waves travel along the structure and face the cell boundaries, some waves pass and some are reflected back, which may cause destructive interference with the succeeding waves. This may reduce the vibration level of the structure, and hence improve its dynamic performance. In this paper, for the first time, we analyze the flutter characteristics of a wing with a periodic change in its sandwich construction. The new technique preserves the external geometry of the wing structure and depends on changing the material of the sandwich core. The periodic analysis and the vibration response characteristics of the model are investigated using a finite element model for the wing. Previous studies investigating the dynamic bending response of a periodic sandwich beam in the absence of flow have shown promising results.
Park, Jong-Oh;Choi, Jong-Yoen;Lim, Seong-Bin;Kwon, Jae-Wook;Youn, Young-Su;Chun, Yong-Sik;Lee, Sang-Seol
Journal of Astronomy and Space Sciences
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v.19
no.3
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pp.215-224
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2002
This paper describes EGSE design for the small satellite such like KOMPSAT-2 satellite. Recent design trend of small satellite and EGSE is to take short development time and less cost. For this purpose, the design for KOMPSAT-2 satellite and EGSE are not much modified from KOMPSAT-1 heritage. It means that it is able to be accommodated the verified hardware and software modules used in KOMPSAT-1 satellite program if possible. The objective of EGSE is to provide hardware and software for efficient electrical testing of integrated KOMPSAT-2 satellite in three general categories. (1) Simulators for ground testing (e.g. solar-simulation power, earth scenes, horizons and sun sensor). (2) Ground station type satellite data acquisition and processing test sets. (3) Overall control of satellite using hardline datum. In KOMPSAT (KOrea Multi-Purpose SATellite) program, KOMPSAT-2 EGSE was developed to support satellite integration and test activities. The KOMPSAT-2 EGSE was designed in parallel with satellite design. Consequently, the KOMPSAT-2 EGSE was based on the KOMPSAT-1 heritage since the spacecraft design followed the heritage. The KOMPSAT-2 baseline was elaborated by taking advantage of experience from KOMPSAT-1 program. The EGSE of KOMPSAT-2 design concept is generic modular design with preference in part selection with commercial off-the-shelf which were proven from KOMPSAT-1 programs, flexible/user friendly operational environment (graphical interface preferred), minimized new design and self test capability.
In a whole variety of higher order plate theories existing in the literature no consideration is given to the transverse normal strain / deformation effects on flexural response when these higher order theories are applied to shear flexible composite plates in view of minimizing the number of unknown variables. The objective of this study is to carry out cylindrical bending of simply supported laminated composite and sandwich plates using sinusoidal shear and normal deformation plate theory. The most important feature of the present theory is that it includes the effects of transverse normal strain/deformation. The displacement field of the presented theory is built upon classical plate theory and uses sine and cosine functions in terms of thickness coordinate to include the effects of shear deformation and transverse normal strain. The theory accounts for realistic variation of the transverse shear stress through the thickness and satisfies the shear stress free conditions at the top and bottom surfaces of the plate without using the problem dependent shear correction factor. Governing equations and boundary conditions of the theory are obtained using the principle of minimum potential energy. The accuracy of the proposed theory is examined for several configurations of laminates under various static loadings. Some problems are presented for the first time in this paper which can become the base for future research. For the comparison purpose, the numerical results are also generated by using higher order shear deformation theory of Reddy, first-order shear deformation plate theory of Mindlin and classical plate theory. The numerical results show that the present theory provides displacements and stresses very accurately as compared to those obtained by using other theories.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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