Stonecutters Bridge of Hong Kong is a cable-stayed bridge with two single-column pylons each 298 m high and an aerodynamic twin deck. The total length of the bridge is 1596 m with a main span of 1018 m. The top 118 m of the tower will comprise structural steel and concrete composite while the bottom part will be of reinforced concrete. The bridge deck at the central span will be of steel whilst the side spans will be of concrete. Stonecutters Bridge has adopted a twin-girder deck design with a wide clear separation of 14.3 m between the two longitudinal girders. Although a number of studies have been conducted to investigate the aerodynamic performance of twin-girder deck, the actual real life application of this type of deck is extremely limited. This therefore triggered the need for conducting the present studies, the main objective of which is to investigate the performance of Stonecutters Bridge against flutter at its in-service stage as well as during construction. Based on the flutter derivatives obtained from the 1:80 scale rigid section model experiment, flutter analysis was carried out using 3-D finite element based single parameter searching method developed by the second author of this paper. A total of 6 finite element models of the bridge covering the in-service stage as well as 5 construction stages were established. The dynamic characteristics of the bridge associated with these stages were computed and applied in the analyses. Apart from the critical wind speeds for the onset of flutter, the dominant modes of vibration participating in the flutter vibration were also identified. The results indicate that the bridge will be stable against flutter at its in-service stage as well as during construction at wind speeds much higher than the verification wind speed of 95 m/s (1-minute mean).
In this paper, nonlinear transonic flutter analyses of a composite missile fin considering the effect of delamination are conducted. An effective modal analysis methodology is adopted and verified with the experimental modal test data for laminated composite plates with delamination. Extended version of the in-house computational aeroelastic analysis program with the transonic small-disturbance (TSD) code is used in order to predict the flutter dynamic pressure of the delaminated composite fin models. In the subsonic, transonic, and supersonic flow regions, nonlinear time-domain flutter analyses are performed for various delamination conditions, and aeroelastic characteristics due to the delamination phenomena are examined in detail.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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1996.04a
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pp.309-315
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1996
An analysis is presented on the stability of elastic cantilever column subjected to uniformly distributed follower forces as to the influence of the elastic restraints and a tip mass at the free end. The elastic restraints are formed by both the translational and the rotatory springs. For this purpose, the governing equations and boundary conditions are derived by using Hamilton's principle, and the critical flutter loads and frequencies are obtained from the numerical evaluation of the eigenvalue functions of this elastic system. The added tip mass increases as a whole the critical flutter load in this system, but the presence of its moment of inertia of mass has a destabilizing effect. The existence of the translational and rotatory spring at the free end increases the critical flutter load of the elastic cantilever column. Nevertheless their effects on the critical flutter load are not uniform because of their coupling. The translational spring restraining the end of cantilever column decreases the critical flutter load by coupling with a large value of tip mass, while by coupling with the moment of inertia of tip mass its effect on the critical flutter load is contrary. The rotatory spring restraining the free end of cantilever column increases the critical flutter load by coupling with the tip mass, but decreases it by coupling with the moment of inertia of tip mass.
Solar-powered unmanned aerial vehicles(SPUAV), which are being actively developed domestically and internationally, generally feature high aspect ratio(AR) wings. These high AR wings necessitate a lightweight design as their weight increases, rendering them susceptible to flutter. Consequently, flutter analysis is critical from the initial design phase. Typically, flutter analysis is conducted using a standard section wing or more precisely through a 3D model. However, due to the extended analysis time required by 3D models, this study opts for a 2D aircraft model. The 2D model computes faster than the 3D model and intuitively secures the flutter boundary. In this study, a structural/aerodynamic force model of the 2D aircraft was established, and the findings were compared with those from a 3D half model. The results showed that the flutter analysis between the 2D model and the 3D half model was similar, within about a 3% margin, thus validating the proposed 2D model's effectiveness.
Aerodynamic configurations of bridge decks have significant effects on the aerostatic torsional divergence and flutter forsuper long-span bridges, which are onset for selection of suitable bridge decksfor those bridges. Based on a cable-stayed bridge with double main spans of 1500 m, considering typical twin-box, stiffening truss and closed-box section, which are the most commonly used form of bridge decks and assumed that the rigidity of those section is completely equivalent, are utilized to investigate the effects of aerodynamic configurations of bridge decks on aerodynamic instability performance comprised of the aerostatic torsional divergence and flutter, by means of wind tunnel tests and numerical calculations, including three-dimensional (3D) multimode flutter analysis and nonlinear aerostatic analysis. Regarding the aerostatic torsional divergence, the results obtained in this study show twin-box section is the best, closed-box section the second-best, and the stiffening truss section the worst. Regarding the flutter, the flutter stability of the twin-box section is far better than that of the stiffening truss and closed-box section. Furthermore, wind-resistance design depends on the torsional divergence for the twin-box and stiffening truss section. However, there are obvious competitive relationships between the aerostatic torsional divergence and flutter for the closed-box section. Flutter occur before aerostatic instability at initial attack angle of $+3^{\circ}$ and $0^{\circ}$, while the aerostatic torsional divergence occur before flutter at initial attack angle of $-3^{\circ}$. The twin-box section is the best in terms of both aerostatic and flutter stability among those bridge decks. Then mechanisms of aerostatic torsional divergence are revealed by tracking the cable forces synchronous with deformation of the bridge decksin the instability process. It was also found that the onset wind velocities of these bridge decks are very similar at attack angle of $-3^{\circ}$. This indicatesthat a stable triangular structure made up of the cable planes, the tower, and the bridge deck greatly improves the aerostatic stability of the structure, while the aerodynamic effects associated with the aerodynamic configurations of the bridge decks have little effects on the aerostatic stability at initial attack angle of $-3^{\circ}$. In addition, instability patterns of the bridge depend on both the initial attack angles and aerodynamic configurations of the bridge decks. This study is helpful in determining bridge decksfor super long-span bridges in future.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2005.04a
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pp.253-256
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2005
Nonlinear aeroelastic analyses of composite wing with flap are performed considering free-play and dynamic stiffness of actuator. Doublet-Hybrid method is used for the calculation of subsonic unsteady aerodynamic forces. Free-play is modeled as an asymmetric bilinear spring and is linearized by using the describing function method. The linear and nonlinear flutter analyses show that the flutter characteristics are significantly dependent on the free-play and dynamic stiffness. From the nonlinear flutter analysis, various types of limit cycle oscillations are observed in a range of air speeds below or above the linear divergent flutter boundary.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.7
no.2
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pp.121-127
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2006
An analysis procedure for the combined problem of control algorithm and aeroelastic system which is based on the computational fluid dynamics(CFD) technique has been developed. The aerodynamic forces in the transonic region are calculated from the transonic small disturbance(TSD) theory. An linear quadratic regulator(LQR) controller is designed to suppress the transonic flutter. The optimal control gain is estimated by solving the discrete-time Riccati equation. The system identification technique rebuilds the CFD-based aeroelstic system in order to form an adequate system matrix which involved in the discrete-time Riccati equation. Finally the controller, that is constructed on the basis of system identification technique, is used to suppress the flutter phenomenon of the airfoil with attached store. This approach, that is, the CFD-based aeroservoelasticity design, can be utilized for the development of effective flutter controller design in the transonic region.
Xiao, Qiu-Xiang;Zou, Jiaqi;Lee, Kang Yong;Li, Xian-Fang
Structural Engineering and Mechanics
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v.64
no.6
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pp.723-730
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2017
This paper studies on dynamic and stability behavior of a clamped-elastically restrained nanobeam under the action of a nonconservative force with an emphasis on the influence of surface properties on divergence and flutter instability. Using the Euler-Bernoulli beam theory incorporating surface effects, a governing equation for a clamped-elastically restrained nanobeam is derived according to Hamilton's principle. The characteristic equation is obtained explicitly and the force-frequency interaction curves are displayed to show the influence of the surface effects, spring stiffness of the elastic restraint end on critical loads including divergence and flutter loads. Divergence and flutter instability transition is analyzed. Euler buckling and stability of Beck's column are some special cases of the present at macroscale.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2002.05a
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pp.131-134
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2002
Supersonic flutter analysis of cylindrical composite panels with structural damping treatments has been performed using the finite element method based on the layerwise shell theory. The natural frequencies and loss factors of cylindrical viscoelastic composites are computed considering the effects of transversely shear deformation. The panel flutter of cylindrical composite panels is analyzed considering structural damping effect. Various damping characteristics for unconstrained layer damping, constrained layer damping, and symmetrically co-cured sandwich laminates are compared with those of an original base panel in view of aeroelastic stabilities.
Kim, D.H.;Yang, Y.J.;Jung, S.U.;Kim, S.J.;Choi, S.C.;Kim, S.C.;Shin, J.W.
Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics
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v.13
no.1
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pp.20-31
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2005
In this study, subsonic flutter analyses have been conducted for a composite smart UAV with T-tail configuration at the critical flight condition. Detailed three-dimensional finite element model for dynamic analysis is constructed including its nonstructural elements corresponding to installed electronic equipments and fuels. Computational structural dynamics and aeroelastic techniques are conducted using MSC/NASTRAN and originally developed in-house codes. The results for fundamental vibration characteristics and flutter instabilities are presented and compared to each other for different fuel conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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