An aerospace vehicle in flight can be exposed to random gust which may cause critical structural failure. In this paper, the failure analysis is conducted for composite wing subjected to random gust. For this, the profile of random gust is idealized as a stationary Gaussian random process and the power spectral density (PSD) of wing bending moment induced by gust is obtained. The PSD function is converted to probabilistic distributions and the failure probability during total flight time is calculated by Monte Carlo simulation.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2005.11b
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pp.45-48
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2005
Tile gust generator was designed for generating the gust field in the wind tunnel test of the scaled flexible wing model for validating gust response alleviation system. The ground operation test was performed for estimating the dynamic performance of tile gust generator before installing it in the wind tunnel for gust field measurement. The ground test results showed that the gust generator has sufficient dynamic capability to simulate the sinusoidal and random motion of the gust generator wing and thus can be used in the wind tunnel test related to gust.
Tak, Hyo-Sung;Ha, Cheol-Keun;Lee, Sang-Wook;Kim, Tae-Uk;Hwang, In-Hee
제어로봇시스템학회:학술대회논문집
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2005.06a
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pp.675-679
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2005
This paper deals with the problem of gust load alleviation in active control for the case that aeroelasticity takes place due to interaction between wing structure and aerodynamics on wing when aircraft meets gust during flight. Aeroservoelasticity model includes wing structure modeled in FEM, unsteady aerodynamics in minimum state approximate method, and models of actuator and sensors in state space. Based on this augmented model, digitally redesigned gust load alleviation system is designed in sampled-data control technique. From numerical simulation, this digital control system is effective to gust load on aircraft wing, which is shown in transient responses and PSD analysis to random gust inputs.
International Journal of Aerospace System Engineering
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v.2
no.2
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pp.44-49
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2015
A gust response analyses method based on Reduced Order Models (ROMs) was developed in the paper. Firstly, taken random signal as the input signal and adopt Single Input-Multi-Output (SIMO) training fashion, a ROM based on Auto-Regressive and Moving Average model (ARMA) was established and validated with the comparison of CFD/CSD and experiment. Then, by introducing control surface deflection and control laws, flutter active suppress was studied. Lastly, through filtering and transferring function, the gust temporal signal is obtained based on Dryden gust model, and gust response and suppress were simulated.
This paper discusses the appropriate duration for basic gust wind speeds in wind loading codes and standards, and in wind engineering generally. Although various proposed definitions are discussed, the 'moving average' gust duration has been widely accepted internationally. The commonly-specified gust duration of 3-seconds, however, is shown to have a significant effect on the high-frequency end of the spectrum of turbulence, and may not be ideally suited for wind engineering purposes. The effective gust durations measured by commonly-used anemometer types are discussed; these are typically considerably shorter than the 'standard' duration of 3 seconds. Using stationary random process theory, the paper gives expected peak factors, $g_u$, as a function of the non-dimensional parameter ($T/{\tau}$), where T is the sample, or reference, time, and ${\tau}$ is the gust duration, and a non-dimensional mean wind speed, $\bar{U}.T/L_u$, where $\bar{U}$ is a mean wind speed, and $L_u$ is the integral length scale of turbulence. The commonly-used Durst relationship, relating gusts of various durations, is shown to correspond to a particular value of turbulence intensity $I_u$, of 16.5%, and is therefore applicable to particular terrain and height situations, and hence should not be applied universally. The effective frontal areas associated with peak gusts of various durations are discussed; this indicates that a gust of 3 seconds has an equivalent frontal area equal to that of a tall building. Finally a generalized gust response factor format, accounting for fluctuating and resonant along-wind loading of structures, applicable to any code is presented.
High-sided road vehicles are susceptible to a sharp-edged crosswind gust, which may cause vehicle accidents such as overturning, excessive sideslip, or exaggerated rotation. This paper thus investigates the dynamic behaviour and possible accidents of high-sided road vehicles entering a sharp-edged crosswind gust with road surface roughness and vehicle suspension included. The high-sided road vehicle is modelled as a combination of several rigid bodies connected by a series of springs and dampers in both vertical and lateral directions. The random roughness of road surface is generated from power spectral density functions for various road conditions. The empirical formulae derived from wind tunnel test results are employed to determine aerodynamic forces and moments acting on the vehicle. After the governing equations of motion are established, an extensive computation work is performed to examine the effects of road surface roughness and vehicle suspension on the dynamic behaviour and vehicle accidents. It is demonstrated that for the high-sided road vehicle and wind forces specified in the computation, the accident vehicle speed of the road vehicle running on the road of average condition is relatively smaller than that running on the road of very good condition for a given crosswind gust. The vehicle suspension system should be taken into consideration, and the accident vehicle speed becomes smaller if the vehicle suspension system has softer springs and lighter dampers.
To address the uncertainty of the flight trajectories caused by the turbulence and gustiness of the wind field over the roof and in the wake of a building, a 3-D probabilistic trajectory model of flat-type wind-borne debris is developed in this study. The core of this methodology is a 6 degree-of-freedom deterministic model, derived from the governing equations of motion of the debris, and a Monte Carlo simulation engine used to account for the uncertainty resulting from vertical and lateral gust wind velocity components. The influence of several parameters, including initial wind speed, time step, gust sampling frequency, number of Monte Carlo simulations, and the extreme gust factor, on the accuracy of the proposed model is examined. For the purpose of validation and calibration, the simulated results from the 3-D probabilistic trajectory model are compared against the available wind tunnel test data. Results show that the maximum relative error between the simulated and wind tunnel test results of the average longitudinal position is about 20%, implying that the probabilistic model provides a reliable and effective means to predict the 3-D flight of the plate-type wind-borne debris.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.23
no.12
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pp.1035-1044
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2013
Because of the high specific stiffness and strength inherent in the sandwich structure composed of facesheet that resists in-plane loads and a core that resists out-of-plane loads, it is often used for large and light-weighted structures. However, inevitably the increased flexibility allows greater deformation-based disturbances in the structures. Thus, it is necessary to analyze the structural safety. To obtain more accurate analytical results, the input disturbances must more closely simulate real load conditions; to improve accuracy, non-linear elements such as gust effects were considered. In addition, the structural safety was analyzed for the iso-grid sandwich panel structure using fluid-structure interactions. For a more realistic simulation, flow velocity fields, which consider the effects of irregular gust fluctuation, were generated and the coupled field was analyzed by mapping the pressure and displacement.
In wind-resistant designs, wind velocity is assumed to be a Gaussian process; however, local complex topography may result in strong non-Gaussian wind features. This study investigates the non-Gaussian wind features over complex terrain under atmospheric turbulent boundary layers by the large eddy simulation (LES) model, and the turbulent inlet of LES is generated by the consistent discretizing random flow generation (CDRFG) method. The performance of LES is validated by two different complex terrains in Changsha and Mianyang, China, and the results are compared with wind tunnel tests and onsite measurements, respectively. Furthermore, the non-Gaussian parameters, such as skewness, kurtosis, probability curves, and gust factors, are analyzed in-depth. The results show that the LES method is in good agreement with both mean and turbulent wind fields from wind tunnel tests and onsite measurements. Wind fields in complex terrain mostly exhibit a left-skewed Gaussian process, and it changes from a softening Gaussian process to a hardening Gaussian process as the height increases. A reduction in the gust factors of about 2.0%-15.0% can be found by taking into account the non-Gaussian features, except for a 4.4% increase near the ground in steep terrain. This study can provide a reference for the assessment of extreme wind loads on structures in complex terrain.
This paper discusses engineering aspects of the rear-flank downdraft that was recorded near Lubbock, Texas on 4 June 2002, and produced a gust wind speed nearly equal to the design value (50-year return period) for the region. The general characteristics of the storm, and the decomposition of the time histories into deterministic 'running mean' and random turbulence components are discussed. The fluctuating wind speeds generated by the event can be represented as a dominant low-frequency 'running mean' with superimposed random turbulence of higher frequencies. Spectral and correlation characteristics of the residual turbulence are found to be similar to those of high-frequency turbulence in boundary-layer winds. However, the low-frequency components in the running-mean wind speeds are spatially homogeneous, in contrast to the low-frequency turbulence found in synoptic boundary-layer winds. With respect to transmission line design, this results in significantly higher 'span reduction factors'.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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