• 동력기계공학회지
• /
• 제9권4호
• /
• pp.71-76
• /
• 2005

Marine structures are often in contact with inner or outer fluid as stern, ballast and oil tanks. The effect of interaction between fluid and structure has to be taken into consideration when we estimate the dynamic response of the structure appropriately. Fatigue damages can also be sometimes observed in these tanks which seem to be caused by resonance. Thin walled tank structures in ships which are in contact with water and located near engine or propeller where vibration characteristics are strongly affected by the added mass of containing water. Therefore it is essentially important to estimate the added mass effect to predict vibration characteristics of tank structures. But it is difficult to estimate exactly the magnitude of the added mass because this is a fluid-structure interaction problem and is affected by the free surface, vibration modes of structural panels and the depth of water. I have developed a numerical tool of vibration analysis of 3-dimensional tank structure using finite elements for plates and boundary elements for fluid region. In the present study, the effect of added mass of containing water, the effect of structural constraint between panels on the vibration characteristics are investigated numerically and discussed. Especially a natural frequencies by the fluid interaction between 2 panels and a breath mode of the water tank are focused on.

• 한국해양공학회지
• /
• 제27권2호
• /
• pp.53-58
• /
• 2013

Recently, some fluid-structure interaction (FSI) problems involving the fluid impact loads interacting with structures, such as sloshing, slamming, green-water, etc., have been considered, especially in the ocean engineering field. The governing equations for both an elastic solid model and flow model were originally derived from similar continuum mechanics principles. In this study, an elastic model based on a particle method, the MPS method, was developed for simulating the FSI problems. The developed model was first applied to a simple cantilever deflection problem for verification. Then, the model was coupled with the fluid flow model, the PNU (Pusan National University modified)-MPS method, and applied to the numerical investigation of the coupling effects between a cantilever and a mass of water, which has variable density, free-falling to the end of the cantilever.

• 항공우주시스템공학회지
• /
• 제12권5호
• /
• pp.54-68
• /
• 2018

본 논문에서는 소형 압전유압펌프에 적용된 체크밸브의 동적 특성이 유량 형성에 미치는 효과에 대한 연구를 수행하였다. 브레이크 시스템 작동을 위한 부하 압력의 형성을 위해서는 압전유압펌프의 유량이 중요한 요소이다. 이때, 유체 내에서 작동하는 체크밸브의 고유 진동수는 압전 유압펌프의 유량 형성에 큰 영향을 미친다. 또한, 체크밸브의 고유 진동수는 체크밸브와 펌프 시트 사이의 간격에 영향을 받는다. 이를 고려하여 본 연구에서는 체크밸브와 펌프 시트 사이의 간격에 따른 체크밸브의 고유진동수를 유체-구조 연성 해석을 통해 산출하였다. 시뮬레이션을 통해 얻은 유량은 개발된 압전유압펌프를 이용한 유량 형성 실험과의 비교를 통해 검증하였다.

• 한국유체기계학회 논문집
• /
• 제19권1호
• /
• pp.31-36
• /
• 2016

Hydraulic actuator is a primary component of the hydraulic valve systems. In this study, the thrust performance of hydraulic actuator was studied with different values of viscosity of hydraulic oil and rod diameter. Numerical analysis was performed using the commercial CFD code, ANSYS with 2-way FSI(Fluid-Structure Interaction) method and $k-{\varepsilon}$ turbulent model. Results show that increase in viscosity of hydraulic oil reduces the thrust of hydraulic actuator. In order to satisfy the output required of the actuator, it is necessary to compensate for the operating pressure. The results of pressure, velocity and thrust efficiency distributions in the hydraulic actuator were graphically depicted.

• 한국산학기술학회논문지
• /
• 제18권1호
• /
• pp.15-20
• /
• 2017

볼밸브는 밸브의 가운데 구멍이 뚫린 구 모양의 볼이 회전에 의해 구멍을 닫거나 열어 밸브를 개폐시킨다. 본 연구에서는 플랜트장치용 고온용 볼밸브에 관한 것으로써, 사용되는 유체는 고온의 스팀을 사용하는 볼밸브이다. 고온의 스팀을 유체로 사용함에 따라 볼밸브에 열응력이 발생하기 때문에 초기모델에서의 열-구조 연성해석을 실시하여 고온용 볼밸브의 구조적 안정성을 검토하였다. 검토한 결과 폴리테트라 플루오르에틸렌 재질의 시트에서 항복응력 이상의 값이 나타나였다. 본 연구에서는 시트의 최적화를 실시하여 항복응력 이내의 구조적 안정성을 찾고자 하였다. 시트의 최적화를 위해 2개의 형상설계 변수를 선정하였고, 최적화 과정 중에 설계요구조건으로 시트의 길이와 두께에 관련하여 기준을 고려하였다. 시트의 응력과 질량을 고려한 30개의 표본점을 만들어 최적화 과정을 진행하였으며, 최적화 기법으로서 크리깅 내삽법을 이용한 메타모델 최적화 방법을 적용하였다. 그 결과 항복응력 이내의 구조적 안전성을 만족하는 시트의 두께와 길이를 찾을 수 있었고, 이에 따른 개도별 유동해석을 실시하여 볼밸브의 성능지표를 나타내는 유량계수 값을 구하여 볼밸브의 성능을 검토하였다.

• 한국유체기계학회 논문집
• /
• 제18권3호
• /
• pp.5-11
• /
• 2015

Ocean waves have huge amounts of energy, even larger than wind or solar, which can be extracted by some mechanical device. This can be done by creating a system of reacting forces, in which two or more bodies move relative to each other, while at least one body interacts with the waves. This moves the floater up and down. The floaters are connected to an arm structure, which are mounted on a fixed hull structure. Hence, the structure of the floater is very important. A static structural analysis with FSI (Fluid-Structure Interaction) analysis is conducted. To achieve the pressure load for the FSI analysis, the floater is simulated on a wave generator using rigid body motion. The structural analysis is done to examine the stresses on the whole system, and four types of flange and floater are optimized. The result shows that the structure of floater with wood support is the safest.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
• /
• pp.57.1-57.1
• /
• 2011

본 논문에서는 소음을 저감하고 구조적 안전도를 향상시키기 위하여 10kW급 소형 복합재 풍력터빈 블레이드를 해석, 설계하였다. 풍력터빈 블레이드 설계의 기본 사항에 맞추어 블레이드의 스팬 길이는 약 4m, 중량은 30kg 내외가 되도록 설정하였다. 풍력발전기용 블레이드는 경량화가 중요하므로 유리섬유복합재 (glass fiber reinforce pastics), 탄소섬유복합재 (carbon fiber reinforced plastics)가 사용되었다. 본 설계에서는 Carbon prepreg (WSN3KY), Carbon UD(UIN150c), E-glass 등을 사용하였다. 상용 유한요소 프로그램인 NASTRAN을 이용해 Carbon prepreg (WSN3KY), Carbon UD (UIN150c)의 탄소섬유복합재만으로 구성된 블레이드 구조해석을 수행한 결과 중량 조건 및 강도의 안전도는 충족되었으나, 높은 가격을 감안하여 E-glass와 조합하여 블레이드를 재설계할 예정이다. 이번 설계는 소형 풍력발전용 블레이드 설계이므로 좌굴은 고려하지 않았으며, 향후 필요에 따라서 좌굴 및 피로해석도 수행하여 검증할 예정이다. 그리고 블레이드가 복합재로 구성되면 감쇠력이 감소할 가능성이 있다. 탄소섬유복합재로만 구성된 블레이드 구조해석에서도 최대 40cm의 변형이 예측되었으며, 감쇠값 저하 문제도 고려하여야 될 것 같아 BEMT (Blade Element Momentum Theory) 공력모델을 이용해 구조-유체 연성 결합 해석을 수행할 계획이다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
• /
• 대한기계학회 2001년도 추계학술대회논문집A
• /
• pp.556-561
• /
• 2001

In order to investigate the vibration characteristics of fluid-structure interaction problem, we modeled two rectangular identical plates coupled with bounded fluid. The fixed boundary condition along the plate edges and an ideal fluid were assumed. An experimental modal analysis in order to extract the modal parameters of the system was performed. Finite element analysis was performed using ANSYS to verify modal parameters and analytic results were compared with experimental results. As a result, comparison of experiment and FEM showed good agreement and the transverse vibration modes, in-phase and out of-phase, were observed alternately in the fluid-coupled system. The effect of distance between two rectangular plates on the fluid-coupled natural frequency was investigated.

• 한국해안·해양공학회논문집
• /
• 제23권3호
• /
• pp.248-257
• /
• 2011

본 연구에서는 규칙파동장에 있어서 인장계류된 원형부유체의 파랑응답해석에 2차원 Navier-Stokes solver에 기초한 새로운 수치파동수조모델을 제안하였다. 본 수치파동수조모델에서는 이동구조물과 유체와의 상호작용을 해석하기 위하여 직각좌표계에서 임의형상의 불투과경계를 갖는 구조물과 유체와의 연성해석이 가능한 IBM(Immersed Boundary Method)과 자유수면 추적을 위한 VOF(Volume of Fluid)법을 결합하였다. 부유체운동에 대한 수치결과를 기존의 FAVOR(Fractional Area Volume Obstacle Representation)법에 의한 계산결과 및 수리실험과 비교하였다. 게다가, 수치모델의 보다 자세한 검증을 위하여 원형부유체의 동요 및 자유수면변동에 관한 수리모형을 추가로 실시하였고, 제안된 수치모델의 범용성과 타당성을 검증하기 위하여 직사각형부유체에 대한 수치 및 수리실험도 병행하였다. 이로부터 추정된 수치계산결과는 실험결과를 잘 재현하고 있는 것으로 판단되었다.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
• /
• 한국전산유체공학회 2009년 추계학술대회논문집
• /
• pp.151-158
• /
• 2009

To implement the insects' flapping flight for developing flapping MAVs(micro air vehicles), the unsteady flow characteristics of the insects' forward flight is investigated. In this paper, two-dimensional FSI(Fluid-Structure Interaction) simulations are conducted to examine realistic flow features of insects' flapping flight and to examine the flexibility effects of the insect's wing. The unsteady incompressible Navier-Stokes equations with an artificial compressibility method are implemented as the fluid module while the dynamic finite element equations using a direct integration method are employed as the solid module. In order to exchange physical information to each module, the common refinement method is employed as the data transfer method. Also, a simple and efficient dynamic grid deformation technique based on Delaunay graph mapping is used to deform computational grids. Compared to the earlier researches of two-dimensional rigid wing simulations, key physical phenomena and flow patterns such as vortex pairing and vortex staying can still be observed. For example, lift is mainly generated during downstroke motion by high effective angle of attack caused by translation and lagging motion. A large amount of thrust is generated abruptly at the end of upstroke motion. However, the quantitative aspect of flow field is somewhat different. A flexible wing generates more thrust but less lift than a rigid wing. This is because the net force acting on wing surface is split into two directions due to structural flexibility. As a consequence, thrust and propulsive efficiency was enhanced considerably compared to a rigid wing. From these numerical simulations, it is seen that the wing flexibility yields a significant impact on aerodynamic characteristics.