The analysis of nonlinear vibrations, buckling, post-buckling, flutter boundary determination and post-flutter behavior of a homogeneous curved plate assuming cylindrical bending is conducted in this article. Other assumptions include simply-supported boundary conditions, supersonic aerodynamic flow at the top of the plate, constant pressure conditions below the plate, non-viscous flow model (using first- and third-order piston theory), nonlinear structural model with large deformations, and application of mechanical and thermal loads on the curved plate. The analysis is performed with constant environmental indicators (flow density, heat, Reynolds number and Mach number). The material properties (i.e., coefficient of thermal expansion and modulus of elasticity) are temperature-dependent. The equations are derived using the principle of virtual displacement. Furthermore, based on the definitions of virtual work, the potential and kinetic energy of the final relations in the integral form, and the governing nonlinear differential equations are obtained after fractional integration. This problem is solved using two approaches. The frequency analysis and flutter are studied in the first approach by transferring the handle of ordinary differential equations to the state space, calculating the system Jacobin matrix and analyzing the eigenvalue to determine the instability conditions. The second approach discusses the nonlinear frequency analysis and nonlinear flutter using the semi-analytical solution of governing differential equations based on the weighted residual method. The partial differential equations are converted to ordinary differential equations, after which they are solved based on the Runge-Kutta fourth- and fifth-order methods. The comparison between the results of frequency and flutter analysis of curved plate is linearly and nonlinearly performed for the first time. The results show that the plate curvature has a profound impact on the instability boundary of the plate under supersonic aerodynamic loading. The flutter boundary decreases with growing thermal load and increases with growing curvature.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2002.05a
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pp.303-310
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2002
The bending vibration and thermal flutter instability of spacecraft booms modeled as circular thin-walled beams of closed cross-section and subjected to thermal radiation loading is investigated in this paper. Thermally induced vibration response characteristics of a composite thin walled beam exhibiting the circumferantially uniform system(CUS) configuration are exploited in connection with the structural flapwise bending-lagwise bending coupling resulting from directional properties of fiber reinforced composite materials and from ply stacking sequence. The numerical simulations display deflection time-history as a function of the ply-angle of fibers of the composite materials, damping factor, incident angle of solar heat flux, as well as the boundary of the thermal flutter instability domain. The adaptive control are provided by a system of piezoelectric devices whose sensing and actuating functions are combined and that an bonded or embedded into the host structure.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.33
no.7
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pp.26-32
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2005
In this paper, the vibration response of the spacecraft solar array is investigated. The solar array model consists of composite thin walled beam and solar blanket, spreader bar. The composite thin walled beam incorporates a number of nonclassical effects of transverse shear, primary and secondary warping, rotary inertia and anisotropy of constituent materials. The solar blanket is a membrane subjected to uniform tension in the z direction. The spreader bar is a rigid member. A coupled thermal structure analysis that includes the effects of structural deformations on heating and temperature gradient is investigated. A stability criterion given in parameters for establishes the conditions for thermal flutter.
For the aerothermoelastic analysis of cylindrical piezolaminated shells, geometrically nonlinear finite elements based on the multi-field layerwise theory hale been developed. Applying a Han Krumhaar's supersonic piston theory, supersonic flutter analyses are performed for the cylindrical piezolaminted shells subject to thermal stresses and deformations. The possibility to increase flutter boundary and reduce thermoelastic deformations of piezolaminated panels is examined using piezoelectric actuations. Results show that active piezoelectric actuations can effectively increase the critical aerodynamic pressure by retarding the coalescence of flutter modes and compensating thermal stresses.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2001.05a
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pp.897-903
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2001
The supersonic flutter analysis of cylindrical composite panels subject to thermal stresses has been performed using layerwise nonlinear finite elements. The geometric nonlinear finite elements of cylindrical shells are formulated using hamilton's principle with von Karman strain-displacement relationship. Hans Krumhaar's modified supersonic piston theory is appled to calculate aerodynamic loads for the panel flutter analysis. The present results show that the critical dynamic pressure of cylindrical panels under compressive thermal stresses can be dramatically reduced. The margin of aerothermoelastic stability considering thermal and aerodynamic coupling should be verified in the structural design of launch vehicles and high speed aircrafts.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2001.10a
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pp.99-104
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2001
Thermally induced vibration response of solar array is investigated. The solar array model consists of composite thin walled beam and solar blanket, spreader bar. The composite thin walled beam incorporates a number of nonclassical effects of transverse shear, primary and secondary warping, rotary inertia and anisotropy of constituent materials. The solar blanket is a membrane subjected to uniform tension in the z direction. The spreader bar is a rigid member. A coupled thermal structure analysis that includes the effects of structural deformations on heating and temperature gradient is investigated. A stability criterion given in parameters for establishes the conditions for thermal flutter.
The bending vibration and thermal flutter instability of spacecraft booms modeled as circular thin-walled beams of closed cross-section and subjected to thermal radiation loading is investigated in this paper. The thin-walled beam model incorporates a number of nonclassical effects of transverse shear, primary and secondary warping, rotary inertia and anisotropy of constituent materials. Thermally induced vibration response characteristics of a composite thin walled beam exhibiting the circumferantially uniform system(CUS) configuration are exploited in connection with the structural flapwise bending-lagwise bending coupling resulting from directional properties of fiber reinforced composite materials and from ply stacking sequence. The numerical simulations display deflection time-history as a function of the ply-angle of fibers of the composite materials, damping factor, incident angle of solar heat flux, as well as the boundary of the thermal flutter instability domain. The adaptive control are provided by a system of piezoelectric devices whose sensing and actuating functions are combined and that are bonded or embedded into the host structure.
Recent development of a smart structures module and its successful integration with a multidisciplinary design optimization software $ASTROS^*$ and an Aeroservoelasticity module is presented. A modeled F-16 wing using piezoelectric actuators is used as an example to demonstrate the integrated software capability to design a flutter suppression system. For an active control design, neural network based controller is used for this study. A smart structures module is developed by modifying the existing thermal loads module in $ASTROS^*$ in order to include the effects of the induced strain due to piezoelectric actuation. The control surface/piezoelectric equivalence model principle is developed, which ensures the interchangeability between the control surface force input and the piezoelectric force input to the Aeroservoelasticity modules in $ASTROS^*$. The results show that the developed controller can increase the flutter speed.
Cable-beam structures characterized by variable stiffness nonlinearities are widely found in various structural engineering applications, for example in space deployable structures. Space deployable structures in orbit experience both high temperature caused by sun's radiation and low temperature by Earth's umbral shadow. The space temperature difference is above 300K at the moment of exiting or entering Earth's umbral shadow, which results in structural thermally induced vibration. To understand the thermally induced oscillations, the analytical expression of Boley parameter of cable-beam structures is firstly deduced. Then, the thermally induced vibration of cable-beam structures is analyzed using finite element method to verify the effectiveness of Boley parameter. Finally, by analyzing the obtained numerical results and the corresponding Boley parameters, it can be concluded that the derived expression of Boley parameter is valid to evaluate the occurrence conditions of thermally induced vibration of cable-beam structures and the key parameters influencing structural thermal flutter are the cable stiffness and thickness of beams.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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