The design of structures submitted to aerodynamic loads usually requires the development of specific computational models considering fluid-structure interactions. Models using structural frame elements are developed in several relevant applications such as the design of advanced aircraft wings, wind turbine blades or power transmission lines. In the case of flexible frame structures submitted to fluid flows, the consistent computation of inertial and aerodynamic forces for large displacements is a challenging task. In this article we present a novel formulation for the accurate computation of aerodynamic forces for large displacements and rotations using the co-rotational approach, the quasi-steady theory and the principle of virtual work. This formulation is coupled with a reference consistent co-rotational formulation for computing internal and inertial forces, providing a unified set of nonlinear balance equations. A numerical resolution procedure is proposed and implemented within the open-source library ONSAS. The proposed formulation and its implementation are validated through the resolution of five examples, including a realistic wind turbine analysis problem. The results provided by the proposed formulation are compared with analytic solutions and solutions obtained using a lumped mass approach. The proposed formulation provides accurate solutions for challenging numerical problems with large displacements and rotations.


翻译:向空气动力载荷提交的结构设计通常需要开发考虑到流体结构相互作用的具体计算模型; 使用结构框架要素的模型是在几个相关应用中开发的,例如高级机翼、风涡轮机叶片或动力传输线的设计; 在向流体流动提交的灵活框架结构中,对大量迁移的惯性和空气动力力量的一致计算是一项具有挑战性的任务; 在本条中,我们提出了一个新颖的公式,用于精确计算大量迁移和轮换的空气动力和空气动力力量,采用联合旋转法、准固定理论和虚拟工作原则;这一公式与计算内部和惯性力量的参考一致的共旋转配方相配合,提供一套统一的非线性平衡方程式; 在开放源图书馆ONSAS系统内提出并实施一个数字解答程序; 通过解决五个实例,包括现实的风涡轮分析问题,对拟议公式及其实施加以验证; 将拟议公式提供的结果与分析解决方案和采用一次团质量处理方式获得的解决办法加以比较; 拟议的公式为具有挑战性的数字问题提供了精确的解决方案,同时提供具有大规模迁移和大规模迁移的交替。

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