This paper studies the dynamic behavior of laminated composite circular cylindrical shells interacting with a fluid. The mathematical formulation of the dynamic problem for an elastic body is developed based on the variational principle of virtual displacements and the relations of linear elasticity theory. The behavior of an ideal compressible fluid is described by the potential theory, the equations of which together with boundary conditions are transformed to a weak form. The hydrodynamic pressure exerted by the fluid on the internal surface of the shell is calculated according to the linearized Bernoulli equation. The numerical implementation of the mathematical formulation has been done using the semi-analytical finite element method. The influence of the ply angle and lay-up configurations of laminated composites on the natural vibration frequencies and the hydroelastic stability boundary have been analyzed for shells with different geometrical dimensions and under different kinematic boundary conditions set at their edges. It has been found that the optimal value of the ply angle depends on the level of filling of the shell with a fluid. The obtained results support the view that by choosing the optimal configuration of the layered composite material it is possible to change upwards or downwards the frequency and mode shape, as well as the critical velocity for stability loss over a wide range.
This paper presents a the study on air curtain system of top and bottom bi-directional jet air discharge for blocking the spread of smoke in case of tunnel fire. The five kinds different air curtains of A, B, C, D, and E of models for various performance tested after manufactured. A results of the various performance test obtained the best efficiency from E model air curtain. And optimize the injection angle of the air curtain nozzle through the three-dimensional computational fluid dynamics (CFD) analysis and analyzed the effects of external pressure of tunnel. and also single factor design have been applied. At present, our attention is focused on the velocity distribution(flow width and flow position) of 1.5m on the ground in tunnel. Also, analyzed the influence of draft in the tunnel. Detailed effects of discharge angle of air curtain and velocity at nozzle exit are discussed.
This paper studies the aerodynamic stability of a tensioned, geometrically nonlinear orthotropic membrane structure with hyperbolic paraboloid in sag direction. Considering flow separation, the wind field around membrane structure is simulated as the superposition of a uniform flow and a continuous vortex layer. By the potential flow theory in fluid mechanics and the thin airfoil theory in aerodynamics, aerodynamic pressure acting on membrane surface can be determined. And based on the large amplitude theory of membrane and D'Alembert's principle, interaction governing equations of wind-structure are established. Then, under the circumstance of single-mode response, the Bubnov-Galerkin approximate method is applied to transform the complicated interaction governing equations into a system of second-order nonlinear differential equation with constant coefficients. Through judging the frequency characteristic of the system characteristic equation, the critical velocity of divergence instability is determined. Different parameter analysis shows that the orthotropy, geometrical nonlinearity and scantling of structure is significant for preventing destructive aerodynamic instability in membrane structures. Compared to the model without considering flow separation, it's basically consistent about the divergence instability regularities in the flow separation model.
This paper focuses on assessing the failure of one of the transmission towers that collapsed in Winnipeg, Canada, as a result of a microburst event. The study is conducted using a fluid-structure numerical model that was developed in-house. A major challenge in microburst-related problems is that the forces acting on a structure vary with the microburst parameters including the descending jet velocity, the diameter of the event and the relative location between the structure and the jet. The numerical model, which combines wind field data for microbursts together with a non-linear finite element formulation, is capable of predicting the progressive failure of a tower that initiates after one of its member reaches its capacity. The model is employed first to determine the microburst parameters that are likely to initiate failure of a number of critical members of the tower. Progressive failure analysis of the tower is then conducted by applying the loads associated with those critical configurations. The analysis predicts a collapse of the conductors cross-arm under a microburst reference velocity that is almost equal to the corresponding value for normal wind load that was used in the design of the structure. A similarity between the predicted modes of failure and the post event field observations was shown.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.13
no.3
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pp.373-384
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1989
The motions of a spinning rotor and a fluid enclosed in its cavity are known to have mutual interactions, which change the frequencies of forced vibrations and cause instabilities. These phenomena are of technical importance for fluid-cooled turbines as well as spin-stabilized satellites or rockets containing liquid fuels. In this paper the characteristics of unstable whirling of a rotor containing a partitioned cavity filled with two kinds of liquids are investigated experimentally. It studies the influence of rotational speed and filling ratio of two kinds of liquids on unstable whiring. As a result, it is found that the whirl velocity is approximately equal to, or slightly lower for large masses of trapped fluid than rotor critical speed. In case of a spinning rotor partially filled with two kinds of liquids the boundary surface plays a similar role to the free surface, and cases unstable forward whirl.
A numerical method has been developed for studying the dynamics of a flexible cylinder in a coaxial cylindrical duct, immersed in inviscid flow. The unsteady inviscid fluid-dynamic force acting on the oscillating cylinder has been estimated more rigorously by means of a spectral collocation method without simplification of governing equations. This numerical approach is applicable to the system haying wider annular gap and/or shorter length of cylinder as compared to existing potential theory. The governing equation of the unsteady flow was obtained from Laplace equation. The equation of cylinder motion coupled with the fluid motion was discretized by Galerkin's method, from which the dynamic behaviour of the system has been evaluated. The effect of the length of the cylinder and the annular gap on the critical flour velocity, where the system loses stability by buckling, was investigated. To validate the numerical method, the potential flow theory developed by Hobson based on thin film approximation has been improved. Typical results of the present numerical theory on the dynamics and stability of the system are compared with those of available existing theory and the present approximate results. Good agreement was found between the results. It was also found that a nondimensional critical flow velocity becomes larger as increasing the annular gap and decreasing the length of cylinder.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.4
no.2
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pp.229-234
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2011
For Lift-type Vertical Axis Wind Turbine (VAWT), it is difficult to evaluate the performance through the scale-model wind tunnel tests, because of the scale effect relating to Reynolds number. However, it is beneficial to figure out the critical value of Reynolds number or minimum size of the Lift-type VAWT, when designing this type of micro wind turbine. Therefore, in this study, the performance of several scale-models of Lift-type VAWT (Reynolds number : $1.5{\times}10^4$ to $4.6{\times}10^4$) was investigated. As a result, the Reynolds number effect depends on the blade chord rather than the inlet velocity. In addition, there was a transition point of the Reynolds number to change the dominant driving force from Drag to Lift.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2003.11a
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pp.486-491
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2003
The paper presents the relationship between the eigenvalue branches and the corresponding flutter modes of cantilevered pipes conveying fluid. The pipes are located on elastic foundations which can be regarded as a soil model. In this paper, elastic foundations are assumed as linear distributed translational springs. Governing equations of motion are derived by extended Hamilton's principle, and the numerical scheme using finite element method is applied to obtain the discretized equations. The critical How velocity and stability maps of the pipe are investigated according to the variation of elastic foundation parameters, mass ratios of the pipe and internal damping Parameter. Also, the vibrational modes associated with flutter are shown.
The characteristics of steady two-dimensional laminar boundary layer flow of a viscous and incompressible fluid past a moving wedge with suction or injection are theoretically investigated. The transformed boundary layer equations are solved numerically using an implicit finite-difference scheme known as the Keller-box method. The effects of Falkner-Skan power-law parameter (m), suction/injection parameter ($f_0$) and the ratio of free stream velocity to boundary velocity parameter (${\lambda}$) are discussed in detail. The numerical results for velocity distribution and skin friction coefficient are given for several values of these parameters. Comparisons with the existing results obtained by other researchers under certain conditions are made. The critical values of $f_0$, m and ${\lambda}$ are obtained numerically and their significance on the skin friction and velocity profiles is discussed. The numerical evidence would seem to indicate the onset of reverse flow as it has been found by Riley and Weidman in 1989 for the Falkner-Skan equation for flow past an impermeable stretching boundary.
The flow between two concentric cylinders, with the inner one rotating and with an imposed pressure-driven axial flow, is studied using numerical simulation. This study considers the identical flow geometry as in the experiments of Wereley and Lueptow[Phys. Fluid, 11 (12), 1999]. They carried out experiments using PIV to measure the velocity fields in a meridional plane of the annulus in detail. When an axial flow is imposed, the critical Taylor number is increased. The axial flow stabilizes the flow field and decreases the torque required to rotate the inner cylinder. The velocity vector fields obtained also show the same flow features found in the experiments of Wereley and Lueptow.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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