경계요소-유한요소 연계법에 의한 구형 수조구조물의 동적거동 특성해석

Analysis of Dynamic Behavior of Flexible Rectangular Liquid Containers by the Coupled Boundary Element-Finite Element Method

2차원 경계요소-유한요소 연계법을 사용하여 구형 수조구조물의 동적거동 특성을 파악하였다. 비점성, 비압축성 이상유체의 운동은 경계요소법으로 모델링하였으며 구조물의 운동은 유한요소법으로 모델링하였다. 경계요소법의 적용시 Singularity를 소거한 경계적분식을 사용하였다. 유체와 구조물의 경계면에서 적합조건과 평형조건을 만족시킴으로써 경계요소와 유한요소를 연계하였다. 유체-구조물 상호작용의 영향은 유체의 부가질량행렬과 유체 유동에 의한 강성행렬로 연계된 유체-구조물계에 반영된다. 연계된 유체-구조물계의 고유치 문제로부터 수조구조물의 고유진동수외 고유모드를 구하였으며 수평 및 수직 자바운동에 의하여 수조구조물에 발생하는 유체동압력과 자유수면의 유동도 산출하였다.

Dynamic behavior of flexible rectangular liquid containers is analyzed by a two-dimensional coupled boundary element-finite element method. The irrotational motion of inviscid and incompressible ideal fluid is modeled by boundary elements and the motion of structure by finite elements. A singularity free integral formulation is employed for the implementation of boundary element method. Coupling is performed by using compatibility and equilibrium conditions along the interface between the fluid and structure. The fluid-structure interaction effects are reflected into the coupled equation of motion as added fluid mass matrix and sloshing stiffness matrix. By solving the eigen-problem for the coupled equation of motion, natural frequencies and mode shapes of coupled system are obtained. The free surface sloshing motion and hydrodynamic pressure developed in a flexible rectangular container due to horizontal and vertical ground motions are computed in time domain.