本文對(duì)氣動(dòng)載荷作用下功能梯度(FG)石墨烯增強(qiáng)鋁懸臂矩形板進(jìn)行了全面的研究。通過(guò)有限元分析(FEA)和計(jì)算流體力學(xué)(CFD)的耦合，實(shí)現(xiàn)了雙向松耦合流固耦合(FSI)。采用FG石墨烯納米片(GPL)增強(qiáng)鋁復(fù)合材料結(jié)構(gòu)建立了不同GPL分布模式的FEA模型。采用有限體積法對(duì)流體域進(jìn)行建模，然后利用FSI模塊將FEA與CFD代碼連接起來(lái)。FSI仿真結(jié)果表明，根據(jù)特定的GPL分布模式，通過(guò)氣動(dòng)彈性剪裁可以有效地降低板的最大應(yīng)力，并獲得優(yōu)異的氣動(dòng)性能。結(jié)果表明，結(jié)合氣動(dòng)彈性剪裁技術(shù)，復(fù)合材料板可以達(dá)到優(yōu)化的結(jié)構(gòu)性能和氣動(dòng)性能。本文的研究結(jié)果為FG石墨烯增強(qiáng)鋁板作為航空航天結(jié)構(gòu)部件的應(yīng)用提供了有益的設(shè)計(jì)指導(dǎo)
圖1. (a)寬(b)長(zhǎng)(c)厚度方向上濃度變化的FG GPL/Al納米復(fù)合板。
圖2. GPL分布的五種模式。
圖3. GPL/Al納米復(fù)合材料板流場(chǎng)計(jì)算網(wǎng)格(a)全局3D視圖(b)全局側(cè)視圖(c)板的縮放視圖。
圖4. 位移隨時(shí)間變化。
圖5. CFFF FG / GPL/環(huán)氧梯形板的幾何結(jié)構(gòu)。
圖6. 薄板上流場(chǎng)計(jì)算網(wǎng)格(a)全局3D視圖(b)全局側(cè)視圖(c)薄板的縮放視圖。
圖7. 不同GPL/Al納米復(fù)合材料板升力系數(shù)的展向線(xiàn)性/非線(xiàn)性結(jié)果。
圖8. 氣動(dòng)載荷下GPL/Al納米復(fù)合材料板的典型應(yīng)力和撓度分布(a)應(yīng)力分布(b)撓度。
圖9. GPL/Al納米復(fù)合材料板的速度與應(yīng)力減小率的關(guān)系。
圖10. GPL/Al納米復(fù)合材料板氣動(dòng)效率與速度的關(guān)系。
相關(guān)研究成果由澳大利亞皇家墨爾本理工大學(xué)工程學(xué)院Jie Yang等人于2023年發(fā)表在Aerospace Science and Technology (https://doi.org/10.1016/j.ast.2023.108254)上。原文：Aeroelastic analyses of functionally graded aluminium composite plates reinforced with graphene nanoplatelets under fluid-structural interaction。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
