Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.2
no.1
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pp.23-34
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1998
A dynamic fluid-structure-soil interaction analysis method is developed to investigate the effects of translational and/or rocking motions on the seismic response of flexible rectangular liquid storage tanks founded on the deformable ground. The governing equation for the dynamics of 3-D rectangular tanks subjected to the translational and/or rocking motion is abtained by applying Rayleigh-Ritz method. The dynamic stiffness matrices of a rigid rectangular foundation resting on the surface of a stratum overlaid bedrock are calculated by hyperelement method. The seismic responses of 3-D flexible tank model founded on the deformable ground is calculated by combining the governing equation for the fluid-tank system with the dynamic stiffness matrix of th rigid surface foundation.
This study aimed at validating the adopted numerical methods to solve two-phase flow around a two-dimensional (2D) rectangular floating structure in regular waves. A structure with a draft equal to one half of its height was hinged at the center of gravity and free to roll with waves that had the same period as the natural roll period of a rectangular barge. In order to simulate the 2D incompressible viscous two-phase flow in a wave tank with the rectangular barge, the present study used the volume of fluid (VOF) method based on the finite volume method with a standard turbulence model. In addition, the sliding mesh technique was used to handle the motion of the rectangular barge induced by the fluid-structure interaction. Consequently, the present results for the flow field and roll motion of the structure had good agreement with those of the relevant previous experiment.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.47
no.1
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pp.38-46
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2010
This study aims at investigating the effect of the baffle height on the liquid sloshing in the three-dimensional (3D) rectangular tank. In order to simulate the 3D incompressible viscous two-phase flow in the 3D tank with partially filled liquid, the present study has adopted the volume of fluid (VOF) method based on the finite-volume method which has been well verified by comparing with the results of the relevant previous researches. The ratio of the baffle height ($h_B$) to filling level (h) has been changed in the range of $0{\leq}h_B/h{\leq}1.2$ to observe the effect on the impact loads on the side wall and free surface behavior. Generally, as baffle height increases, the impact pressure on the wall decreases and the deformation of free surface becomes weaker. However it seemed that a critical ratio of the baffle height existed to reveal the lowest impact pressure on the wall. Consequently, $h_B/h=0.8$ among $h_B/hs$ considered in the study showed the lowest impact pressure.
If LNG is leaked from 9% Ni steel inner tank by damage, LNG is retained by outer concrete tank. Then large tensile stress can be caused at cylindrical bottom of outer tank by temperature difference between outer and inner surface of outer tank. Therefore, in order to reduce the tensile stress is caused by temperature difference, corner-protection is installed with insulation and 9% Ni steel as a second barrier. In this paper, using finite element method, structural analysis was performed for rectangular and circular shape of knuckle and based on the results, fatigue life of welds of corner protection was predicted. As a consequence of structural analysis, safety factor of circular knuckle shows 33% bigger than rectangular one shows, and circular knuckle has 25% bigger fatigue life time than rectangle has. These results can be applied to life time assessment and design optimization in the future.
In the present study, the numerical and experimental investigations were performed on the backfill- exterior wall-fluid interaction systems in case of empty and full tanks. For this, firstly, the non-linear three dimensional (3D) finite element models were developed considering both backfill-wall and fluid-wall interactions, and modal analyses for these systems were carried out in order to acquire modal frequencies and mode shapes by means of ANSYS finite element structural analysis program. Secondly, a series of field tests were fulfilled to define their modal characteristics and to compare the results from proposed approximation in the selected structures. Finally, comparing the theoretical predictions from the finite element models to results from experimental measurements, a close agreement was found between theory and experiment. Thus, it can be easily stated that experimental verifications provide strong support for the finite element models and the proposed procedures themselves are the meritorious approximations to the real problem, and this makes the models appealing for use in further investigations.
The present paper deals with the analysis of water tank with elastic separator wall. Both fluid and structure are discretized and modeled by eight node-elements. In the governing equations, pressure for the fluid domain and displacement for the separator wall are considered as nodal variables. A method namely, direct coupled for the analysis of water tank has been carried out in this study. In direct coupled approach, the solution of the fluid-structure system is accomplished by considering these as a single system. The hydrodynamic pressure on tank wall is presented for different lengths of tank. The results show that the magnitude of hydrodynamic pressure is quite large when the distances between the separator wall and tank wall are relatively closer and this is due to higher rotating tendency of fluid and the higher sloshed displacement at free surface.
A Digital Wave Tank simulation technique, based on a finite-difference method and a modified marker-and-cell (MAC) algorithm, is applied in order to investigate the characteristics of nonlinear Tsunami propagations and their interactions with a 2D sloping beach, Ohkushiri Island, and to predict maximum wove run-up around the island. The Navier-Stokes (NS) and continuity equation are governed in the computational domain, and the boundary values are updated at each time step, by a finite-difference time-marching scheme in the frame of the rectangular coordinate system. The fully nonlinear, kinematic, free-surface condition is satisfied by the modified marker-density function technique. The near shore Tsunami is assumed to be a solitary wave, and is generated from the numerical wave-maker in the developed Digital Wave Tank. The simulation results are compared with the experiments and other numerical methods, based on the shallow-water wave theory.
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2003.05a
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pp.231-239
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2003
A Digital Wave Tank simulation technique based on a finite-difference method and a modified marker-and-cell (MAC) algorithm is applied to investigate the characteristics of nonlinear Tsunami propagations and their interactions with a 2D sloping beach and Ohkushiri island, and to predict maximum wave run-up around the island. The Navier-Stokes (NS) and continuity equation are governed in the computational domain and the boundary values updated at each time step by a finite-difference time-marching scheme in the frame of rectangular coordinate system. The fully nonlinear kinematic free-surface condition is satisfied by the modified marker-density function technique. The Nearshore Tsunami is assumed to be a solitary wave and generated from the numerical wavemaker in the developed Digital Wave Tank. The simulation results are compared with the experiments and other numerical methods based on the shallow-water wave theory.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.7
no.3
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pp.580-594
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2015
Liquid sloshing in two-dimensional (2-D) and three-dimensional (3-D) rectangular tanks is simulated by using a level set method based on the finite volume method. In order to examine the effect of natural frequency modes on liquid sloshing, we considered a wide range of frequency ratios ($0.5{\leq}fr{\leq}3.2$). The frequency ratio is defined by the ratio of the excitation frequency to the natural frequency of the fluid, and covers natural frequency modes from 1 to 5. When fr = 1, which corresponds to the first mode of the natural frequency, strong liquid sloshing reveals roof impact, and significant forces are generated by the liquid in the tank. The liquid flows are mainly unidirectional. Thus, the strong bulk motion of the fluid contributes to a higher elevation of the free surface. However, at fr = 2, the sloshing is considerably suppressed, resulting in a calm wave with relatively lower elevation of the free surface, since the waves undergo destructive interference. At fr = 2, the lower peak of the free surface elevation occurs. At higher modes of $fr_3$, $fr_4$, and $fr_5$, the free surface reveals irregular deformation with nonlinear waves in every case. However, the deformation of the free surface becomes weaker at higher natural frequency modes. Finally, 3-D simulations confirm our 2-D results.
We discuss the bi - stability that is possibly exhibited by a liquid free surface in a parametrically - driven two-dimensional (2D) rectangular tank with finite liquid depth. Following the method of adaptive mode ordering, assuming two dominant modes and retaining polynomial nonlinearities up to third-order, a nonlinear finite-dimensional nonlinear modal system approximation is obtained. A "continuation method" of nonlinear dynamics is then used in order to elicit efficiently the instability boundary in parameters' space and to predict how steady surface elevation changes as the frequency and/or the amplitude of excitation are varied. Results are compared against those of the linear version of the system (that is a Mathieu-type model) and furthermore, against an intermediate model also derived with formal mode ordering, that is based on a second - order ordinary differential equation having nonlinearities due to products of elevation with elevation velocity or acceleration. The investigation verifies that, in parameters space, there must be a region, inside the quiescent region, where liquid surface instability is exhibited. There, behaviour depends on initial conditions and a wave form would be realised only if the free surface was substantially disturbed initially.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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