Моделирование методом вихревых элементов динамики цилиндрической оболочки в пространственном потоке жидкости

Представлена новая модификация алгоритма решения сопряженных задач аэрогидроупругости, позволяющая учесть взаимовлияние колебаний обтекаемой поверхности и процессов образования завихренности вблизи нее в области течения. До настоящего времени влияние данного фактора на условия аэрогидродинамического нагружения как правило учитывается при помощи полуэмпирических моделей. Проектирование тонкостенных конструкций, взаимодействующих с потоком, требует совершенствования методик расчета. В предлагаемом алгоритме параметры потока и гидродинамические нагрузки рассчитываются с использованием бессеточного лагранжевого метода вихревых элементов. Динамика оболочки моделируется методом разложения по собственным формам колебаний. Рассматривается модельная задача, в которой цилиндрическая оболочка малого удлинения, заделанная на краях, взаимодействует с пространственным потоком несжимаемой среды. Показано хорошее совпадение результатов численного моделирования с известными экспериментальными данными. Проанализированы спектры частот вынуждающей гидродинамической нагрузки, действующей на жесткий цилиндр и оболочки разной жесткости. По результатам исследования можно сделать вывод о том, что податливость обтекаемой поверхности оказывает существенное влияние на спектр нормальной силы.

Литература

[1] Петров К.П. Аэродинамика транспортных космических систем. Москва, Эдиториал УРСС, 2000. 366 с.

[2] Svetlitsky V.A. Statistical Dynamics and Reliability Theory for Mechanical Structures. Springer, 2003. 446 p.

[3] Забегаев А.И. Динамическая модель составной оболочковой конструкции для расчетов нагрузок в условиях интенсивных поперечных воздействий. Первые Уткинские чтения: Материалы Общерос. науч.-техн. конф. Санкт-Петербург, 2002, т. 2, с. 138—140.

[4] Ivanco T.G., Keller D.F. Investigation of ground-wind loads for ares launch vehicles. Journal of Spacecraft and Rockets, 2012, vol. 49, no. 4, pp. 574–585. Doi: 10.2514/1.A32177.

[5] Ермаков А.В. Численное моделирование аэроупругих колебаний профилей с использованием метода вихревых элементов. Наука и образование: электронное научно-техническое издание, 2012, № 8. URL: http://technomag. edu.ru/doc/445353.html. Doi: 10.7463/0812.0445353 (дата обращения 20 сентября 2013).

[6] Earl H. Dowell, Marat Ilgamov Studies in Nonlinear Aeroelasticity. Springer, 2011. 455 p.

[7] Gorshkov A.G., Tarlakovsky D.V., Evseev E.G. Transient aerohydroelasticity of spherical bodies. Springer, 2001. 289 p.

[8] Michael P. Païdoussis, Stuart J. Price, Emmanuel de Langre. Fluid-Structure Interactions Cross-Flow-Induced Instabilities. Cambridge University Press, 2014. 414 p.

[9] Shcheglov G.A. Application of vortons to calculate vibrations of a beam in spatial flow. Journal of Machinery Manufacture and Reliability, 2009, no. 38(4), pp. 319–323. Doi: 10.3103/S1052618809040025.

[10] ГафуровМ.Б., ИльгамовМ.А. Изгиб цилиндрической оболочки конечной длины при ее поперечном обтекании жидкостью. Прикладная механика, 1978, т. 14, №3, с. 60—67.

[11] Ларичкин В.В. Аэродинамика цилиндрических тел и некоторые инженерные задачи экологии. Новосибирск, изд-во НГТУ, 2006. 304 с.