本文对气动载荷作用下功能梯度(FG)石墨烯增强铝悬臂矩形板进行了全面的研究。通过有限元分析(FEA)和计算流体力学(CFD)的耦合，实现了双向松耦合流固耦合(FSI)。采用FG石墨烯纳米片(GPL)增强铝复合材料结构建立了不同GPL分布模式的FEA模型。采用有限体积法对流体域进行建模，然后利用FSI模块将FEA与CFD代码连接起来。FSI仿真结果表明，根据特定的GPL分布模式，通过气动弹性剪裁可以有效地降低板的最大应力，并获得优异的气动性能。结果表明，结合气动弹性剪裁技术，复合材料板可以达到优化的结构性能和气动性能。本文的研究结果为FG石墨烯增强铝板作为航空航天结构部件的应用提供了有益的设计指导。
图1. (a)宽(b)长(c)厚度方向上浓度变化的FG GPL/Al纳米复合板。
图2. GPL分布的五种模式。
图3. GPL/Al纳米复合材料板流场计算网格(a)全局3D视图(b)全局侧视图(c)板的缩放视图。
图4. 位移随时间变化。
图5. CFFF FG / GPL/环氧梯形板的几何结构。
图6. 薄板上流场计算网格(a)全局3D视图(b)全局侧视图(c)薄板的缩放视图。
图7. 不同GPL/Al纳米复合材料板升力系数的展向线性/非线性结果。
图8. 气动载荷下GPL/Al纳米复合材料板的典型应力和挠度分布(a)应力分布(b)挠度。
图9. GPL/Al纳米复合材料板的速度与应力减小率的关系。
图10. GPL/Al纳米复合材料板气动效率与速度的关系。
相关研究成果由澳大利亚皇家墨尔本理工大学工程学院Jie Yang等人于2023年发表在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。
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