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.
The effects of internal fluid motion have to be considered in the analysis of liquid storage containers. Therefore this thesis developed a three-dimensional boundary element-finite element method for the analysis of rectangular liquid storage containers. The irrotational motion of inviscid and incompressible ideal fluid is modeled by using boundary elements and the motion of structure by finite elements. Coupling is performed by using compatibility and equilibrium conditions along the interface. Dynamic response characteristics of rectangular liquid storage containers such as sloshing motion, hydrodynamic pressure, displacement by fluid-structure interaction are investigated.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2007.05a
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pp.1090-1095
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2007
A study was carried out to investigate the fluid-structure interaction phenomena of buried hydrophone system that exposed complex loads due to handling, transportation and installation. The buried hydrophone system has necessarily neighborhood structures for installation. Because of the neighborhood structure, acoustic field is deformed. We analyze the piezoelectric-structural-acoustic coupled problem and the results to use a finite element analysis software, ANSYS, which has an coupled field analysis capability. The effect of the component of hydrophone system is revealed altogether in pressure distribution. So, we classify and analyze the problem by four different compositions for decomposition.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.17
no.9
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pp.797-804
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2007
A study was carried out to investigate the fluid-structure interaction phenomena of buried hydrophone system that exposed complex loads due to handling, transportation and installation. The buried hydrophone system has necessarily neighborhood structures for installation. Because of the neighborhood structure, acoustic field is deformed. We analyze the piezoelectric-structural-acoustic coupled problem and the results to use a finite element analysis software, ANSYS, which has an coupled field analysis capability. The effect of the component of hydrophone system is revealed altogether in pressure distribution. So, we classify and analyze the problem by four different compositions for decomposition.
Dynamic behavior of flexible rectangular liquid storage structures is analysed by the developed method. The rectangular liquid storage structures are assumed to be fixed to the ground and a moving coordinate system is used. The irrotational motion of invicid and incompressible ideal fluid is represented by two analytic solutions. One is the solution of the fluid motion in the rigid rectangular liquid storage structure due to ground motions and the other is the solution of the fluid motion by the motion of the wall in the flexible rectangular liquid storage structure. The motion of structure is modeled by finite elements. The fluid-structure interaction effect is reflected into the coupled equation of motion as added fluid mass matrix. The free surface sloshing motion and hydrodynamic pressure acting on the wall in the flexible rectangular liquid storage structure due to the horizontal ground motion are obtained by the developed method and verified.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.16
no.9
s.114
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pp.937-948
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2006
In this study, a fluid/structure coupled analysis system for simulating complex flow-induced vibration (FIV) phenomenon of cascades has been developed. The flow is modeled using Euler and Wavier-Stokes equations with different turbulent models. The fluid domains are modeled using the unstructured grid system with dynamic deformations due to the motion of structural boundary. The Spalart-Allmaras (S-A) and the SST ${\kappa}-{\omega}$ turbulent models are used to predict the transonic turbulent flows. A fully implicit time marching scheme based on the Newmark direct integration method is used in order to solve the coupled governing equations for viscous flow-induced vibration phenomena. For the purpose of validation for the developed FIV analysis system, comparison results for computational analyses of steady and unsteady aerodynamics and flutter analyses are presented in the transonic flow region. In addition, flow-induced vibration analyses for the isolated cascade and multi-blades cascade models have been conducted to show the physical fluid-structure interaction effects in the time domain.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2006.05a
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pp.793-802
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2006
In this study, a fluid/structure coupled analysis system for simulating complex flow-induced vibration (FIV) phenomenon of cascades has been developed. The flow is modeled using Euler and Wavier-Stokes equations with different turbulent models. The fluid domains are modeled using the unstructured grid system with dynamic deformations due to the motion of structural boundary. The Spalart-Allmaras (S-A) and the SST ${\kappa}-{\omega}$ turbulent models are used to predict the transonic turbulent flows. A fully implicit time marching scheme based on the Newmark direct integration method is used in order to solve the coupled governing equations for viscous flow-induced vibration phenomena. For the purpose of validation for the developed FIV analysis system, comparison results for computational analyses of steady and unsteady aerodynamics and flutter analyses are presented in the transonic flow region. In addition, flow-induced vibration analyses for the isolated cascade and multi-blades cascade models have been conducted to show the physical fluid-structure interaction effects in the time domain.
Interaction of blood flow and leaflet behavior in a bileaflet mechanical heart valve was investigated using computational analysis. Blood flows of a Newtonian fluid and a non-Newtonian fluid with Carreau model were modeled as pulsatile, laminar, and incompressible. A finite volume computational fluid dynamics code and a finite element structure dynamics code were used concurrently to solve the flow and structure equations, respectively, where the two equations were strongly coupled. Physiologic ventricular and aortic pressure waveforms were used as flow boundary conditions. Flow fields, leaflet behaviors, and shear stresses with time were obtained for Newtonian and non-Newtonian fluid cases. At the fully opened phase three jets through the leaflets were found and large vortices were present in the sinus area. At the very final stage of the closing phase, the angular velocity of the leaflet was enormously large. Large shear stress was found on leaflet tips and in the orifice region between two leaflets at the final stage of closing phase. This method using fluid-structure interaction turned out to be a useful tool to analyze the different designs of existing and future bileaflet valves.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.12
no.1
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pp.85-101
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2020
The optimal parameters for the fluid-structure interaction analysis using the Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) for fluids and finite elements for structures, respectively, are explored, and the effectiveness of the simulations with those parameters is validated by solving several open surface fluid problems. For the optimization of the Equation of State (EOS) and the simulation parameters such as the time step, initial particle spacing, and smoothing length factor, a dam-break problem and deflection of an elastic plate is selected, and the least squares analysis is performed on the simulation results. With the optimal values of the pivotal parameters, the accuracy of the simulation is validated by calculating the exerted force on a moving solid column in the open surface fluid. Overall, the SPH-FEM coupled simulation is very effective to calculate the fluid-structure interaction. However, the relevant parameters should be carefully selected to obtain accurate results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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