本文對氣動載荷作用下功能梯度(FG)石墨烯增強鋁懸臂矩形板進行了全面的研究。通過有限元分析(FEA)和計算流體力學(CFD)的耦合，實現(xiàn)了雙向松耦合流固耦合(FSI)。采用FG石墨烯納米片(GPL)增強鋁復合材料結構建立了不同GPL分布模式的FEA模型。采用有限體積法對流體域進行建模，然后利用FSI模塊將FEA與CFD代碼連接起來。FSI仿真結果表明，根據(jù)特定的GPL分布模式，通過氣動彈性剪裁可以有效地降低板的最大應力，并獲得優(yōu)異的氣動性能。結果表明，結合氣動彈性剪裁技術，復合材料板可以達到優(yōu)化的結構性能和氣動性能。本文的研究結果為FG石墨烯增強鋁板作為航空航天結構部件的應用提供了有益的設計指導
圖1. (a)寬(b)長(c)厚度方向上濃度變化的FG GPL/Al納米復合板。
圖2. GPL分布的五種模式。
圖3. GPL/Al納米復合材料板流場計算網(wǎng)格(a)全局3D視圖(b)全局側視圖(c)板的縮放視圖。
圖4. 位移隨時間變化。
圖5. CFFF FG / GPL/環(huán)氧梯形板的幾何結構。
圖6. 薄板上流場計算網(wǎng)格(a)全局3D視圖(b)全局側視圖(c)薄板的縮放視圖。
圖7. 不同GPL/Al納米復合材料板升力系數(shù)的展向線性/非線性結果。
圖8. 氣動載荷下GPL/Al納米復合材料板的典型應力和撓度分布(a)應力分布(b)撓度。
圖9. GPL/Al納米復合材料板的速度與應力減小率的關系。
圖10. GPL/Al納米復合材料板氣動效率與速度的關系。
相關研究成果由澳大利亞皇家墨爾本理工大學工程學院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。
轉自《石墨烯研究》公眾號
