تحلیل عددی نوسانات صفحه منعطف متصل به انتهای جسم صلب در جریان لزج تراکم‌پذیر با استفاده از شبیه‌سازی سه‌بعدی اندرکنش سیال- سازه

در این مقاله به تحلیل نوسانات یک نوار باریک بسیار انعطاف‌پذیر متصل به جسم سه‌بعدی که در معرض جریان سیال لزج فروصوت قرار دارد، پرداخته شده است. هدف تحلیل تداخل سازه و سیال با استفاده از الگوریتم ترکیبی مناسب است که بتواند بخش حل سیال و حل سازه را بخوبی با هم ترکیب نموده و تبادل اطلاعات مناسبی را تامین نماید. برای حل جریان سیال از یک حلگر دینامیک سیالات محاسباتی استفاده شده و تحلیل سازه توسط مدل تیر یک سردرگیر اویلر برنولی صورت گرفته است. برای تحلیل اندرکنش سیال سازه، الگوریتم ترکیبی چند بخشی تکراری برای برقراری ارتباط و تبادل اطلاعات میان بخش‌های سیال و سازه به‌کارگیری‌شده و شبیه‌سازی انجام شده است. در ادامه با توجه به عددهای سختی خمشی مختلف و جرم‌های متفاوت نوار باریک، نتایج و نمودارهای مربوط به مشخصات نوسان شامل دامنه و فرکانس، همچنین تغییرات نیرو و گشتاور ناشی از نوسانات ارائه شده است. تحلیل در هر دو حالت دوبعدی و سه‌بعدی انجام شده است که حالت سه‌بعدی شامل یک استوانه و نوار باریک انعطاف‌پذیر متصل به آن است. نتایج حاصل نشان می‌دهد که چارچوب محاسباتی توسعه یافته به خوبی فیزیک حاکم بر مساله اندرکنش سیال سازه را تسخیر نموده است. همچنین مطالعه پارامتری نشان می‌دهد که برای نوار باریک منعطف متصل به جسم در رژیم جریان مورد مطالعه سه حالت تغییرشکل استاتیک، نوسان پایدار و ناپایداری آشوبناک (تقریبا 106e<) رخ خواهد داد.

Numerical Analysis of Oscillations of Flexible Strip Attached to Rigid Body in Compressible Viscous Flow via 3D Fluid-Structure Interaction Simulation

In this paper, oscillations of a thin high flexible strip attached to a threedimensional body in viscous subsonic flow were simulated. The aim is to analyze the interactions of fluid and structure using a proper coupling algorithm that can couple the fluid and structure solvers and provide the proper data exchange between them. A computational fluid dynamics solver is used for fluid flow simulation and EulerBernoulli cantilevered beam model is used for structural analysis. For analyzing the fluidstructure interaction, iterative partitioned coupling algorithm is used for interrelation and data exchange between structure and fluid. Then, the results of vibration characteristics including the amplitude and frequency and forces and moments variations are presented with respect to different bending stiffness and strip masses. The simulation is done in 2D and 3D conditions which 3D case is for a cylinder and flexible strip attached to the bottom of the body. Results show that the developed framework captures the physics of fluidstructure interaction successfully. Also, parametric study shows that for the flexible thin strip attached to the end of the body in the specified regime of flow, three deformation types consist of static deformation, stable oscillations, and chaotic unstable oscillations will occur based on the strip characteristics.