Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2000.11a
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pp.540-545
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2000
This paper presents the exact dynamic element for composite Timoshenko beam, which is inherently subject both to bending and torsional vibration. The coupling effect between bending and torsional vibrations is rigorouly considered in the derivation of the exact dynamic element. Two examples are provided to validate and illustrate the proposed exact dynamic element matrix for composite Timoshenko beam.
The large deflection theory of the Mindlin plate and Galerkin's method are employed to examine the static responses of a plate produced by the weight of the plate, and the dynamic responses of the plate caused by the coupling effect of these static responses with a set of moving forces. Results obtained by the large deflection theory are compared with those by the small deflection theory. The results indicate that the effect of weight of the plate increases the modal frequencies of the structure. The deviations of dynamic transverse deflection and of dynamic bending moment produced by a moving concentrated force between the two theories are significant for a thin plate with a large area. Both dynamic transverse deflection and dynamic bending moment obtained by the Mindlin plate theory are greater than those by the classical plate.
In this paper the unsteady fluid-structure interaction (FSI) problems with large structural displacement are solved by partitioned solution approaches in the arbitrary Lagrangian-Eulerian finite element framework. The incompressible Navier-Stokes equations are solved by the characteristic-based split (CBS) scheme. Both a rigid body and a geometrically nonlinear solid are considered as the structural models. The latter is solved by Newton-Raphson procedure. The equation governing the structural motion is advanced by Newmark-${\beta}$ method in time. The dynamic mesh is updated by using moving submesh approach that cooperates with the ortho-semi-torsional spring analogy method. A mass source term (MST) is introduced into the CBS scheme to satisfy geometric conservation law. Three partitioned coupling strategies are developed to take FSI into account, involving the explicit, implicit and semi-implicit schemes. The semi-implicit scheme is a mixture of the explicit and implicit coupling schemes due to the fluid projection splitting. In this scheme MST is renewed for interfacial elements. Fixed-point algorithm with Aitken's ${\Delta}^2$ method is carried out to couple different solvers within the implicit and semi-implicit schemes. Flow-induced vibrations of a bridge deck and a flexible cantilever behind an obstacle are analyzed to test the performance of the proposed methods. The overall numerical results agree well with the existing data, demonstrating the validity and applicability of the present approaches.
Coupling systems under train's collision should take the impact by absorbing the impact energy caused from the collision, so the systems are very important parts for the safety of the trains. However, it is not easy to evaluate the performance of the system because it requires a huge testing facility, which is able to control the impact and to handle many safety issues. In this paper, test results are provided, which are obtained from collision tests of a single train having a coupling system in the front, and the results are analyzed in order to understand the characteristics and the dynamic behaviors of energy absorbing materials in the coupling system, such as a hydraulic buffer, and two rubber buffers. The results show that the force of each component could be empirically described by the compression displacement and velocity. The analyzed results will be applied to simulation models, and advanced studies wouuld be available if the simulation models are well validated with the test results.
This paper presents seismic analysis of concrete gravity dams considering soil-structure-fluid interaction. Displacement based plane strain finite element formulation is considered for the dam and foundation domain whereas pressure based finite element formulation is considered for the reservoir domain. A direct coupling method has been adopted to obtain the interaction effects among the dam, foundation and reservoir domain to obtain the dynamic responses of the dam. An efficient absorbing boundary condition has been implemented at the truncation surfaces of the foundation and reservoir domains. A parametric study has been carried out considering each domain separately and collectively based on natural frequencies, crest displacement and stress at the neck level of the dam body. The combined frequency of the entire coupled system is very less than that of the each individual sub-system. The crest displacement and neck level stresses of the dam shows prominent enhancement when coupling effect is taken into consideration. These outcomes suggest that a complete coupled analysis is necessary to obtain the actual responses of the concrete gravity dam. The developed methodology can easily be implemented in finite element code for analyzing the coupled problem to obtain the desired responses of the individual subdomains.
Santiago F. Corzo ;Dario M. Godino ;Alirio J. Sarache Pina;Norberto M. Nigro ;Damian E. Ramajo
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.5
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pp.1911-1923
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2023
The nuclear safety assessment involving large transient simulations is forcing the community to develop methods for coupling thermal-hydraulics and neutronic codes and three-dimensional (3D) Computational Fluid Dynamics (CFD) codes. In this paper a set of dynamic boundary conditions are implemented in OpenFOAMⓇ in order to apply zero-dimensional (0D) approaches coupling with 3D thermal-hydraulic simulation in a single framework. This boundary conditions are applied to model pipelines, tanks, pumps, and heat exchangers. On a first stage, four tests are perform in order to assess the implementations. The results are compared with experimental data, full 3D CFD, and system code simulations, finding a general good agreement. The semi-implicit implementation nature of these boundary conditions has shown robustness and accuracy for large time steps. Finally, an application case, consisting of a simplified open pool with a cooling external circuit is solved to remark the capability of the tool to simulate thermal hydraulic systems commonly found in nuclear installations.
The current seismic design code prescribes that coupling beam should be reinforced using diagonally bundled bars. However, the use of a diagonally bundled bars has a negative effect on constructability and economic efficiency. In the present study, the seismic performance of 4 coupling beams with the different details of reinforcement was evaluated through a cyclic reversal loading test. The specimens were constructed to measure the results of the experimental variable regarding the details of shear reinforcement. Next, the seismic performance of the coupled shear wall system evaluated by methods proposed in the FEMA P695. The cyclic reversal loading test results of this study showed that the performance of coupling beams with relaxed reinforcement detail was almost similar to that of a coupling beam with the ACI detail and meet the level which requested from standard. The result of the seismic evaluation showed that all coupling beams are satisfied with the design code and seismic performance.
The impact of spar-nacelle-blade coupling on edgewise dynamic responses of spar-type floating wind turbines (S-FOWT) is investigated in this paper. Currently, this coupling is not considered explicitly by researchers. First of all, a coupled model of edgewise vibration of the S-FOWT considering the aerodynamic properties of the blade, variable mass and stiffness per unit length, gravity, the interactions among the blades, nacelle, spar and mooring system, the hydrodynamic effects, the restoring moment and the buoyancy force is proposed. The aerodynamic loads are combined of a steady wind (including the wind shear) and turbulence. Each blade is modeled as a cantilever beam vibrating in its fundamental mode. The mooring cables are modeled using an extended quasi-static method. The hydrodynamic effects calculated by using Morison's equation and strip theory consist of added mass, fluid inertia and viscous drag forces. The random sea state is simulated by superimposing a number of linear regular waves. The model shows that the vibration of the blades, nacelle, tower, and spar are coupled in all degrees of freedom and in all inertial, dissipative and elastic components. An uncoupled model of the S-FOWT is then formulated in which the blades and the nacelle are not coupled with the spar vibration. A 5MW S-FOWT is analyzed by using the two proposed models. In the no-wave sea, the coupling is found to contribute to spar responses only. When the wave loading is considered, the coupling is significant for the responses of both the nacelle and the spar.
Ye, Linrong;Yu, Hao;Wang, Mingjun;Wang, Qianglong;Tian, Wenxi;Qiu, Suizheng;Su, G.H.
Nuclear Engineering and Technology
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v.54
no.1
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pp.97-109
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2022
Multi-dimensional coupling analysis is a research hot spot in nuclear reactor thermal hydraulic study and both the full-scale system transient response and local key three-dimensional thermal hydraulic phenomenon could be obtained simultaneously, which can achieve the balance between efficiency and accuracy in the numerical simulation of nuclear reactor. A one-dimensional to three-dimensional (1D-3D) coupling platform for the nuclear reactor multi-dimensional analysis is developed by XJTU-NuTheL (Nuclear Thermal-hydraulic Laboratory at Xi'an Jiaotong University) based on the CFD code Fluent and system code RELAP5 through the Dynamic Link Library (DLL) technology and Fluent user-defined functions (UDF). In this paper, the International Standard Problem (ISP) No. 43 is selected as the benchmark and the rapid boron dilution transient in the nuclear reactor is studied with the coupling code. The code validation is conducted first and the numerical simulation results show good agreement with the experimental data. The three-dimensional flow and temperature fields in the downcomer are analyzed in detail during the transient scenarios. The strong reverse flow is observed beneath the inlet cold leg, causing the de-borated water slug to mainly diffuse in the circumferential direction. The deviations between the experimental data and the transients predicted by the coupling code are also discussed.
This study conducts numerical modeling and eigen-analysis of a rod-fastened rotor, which is mainly used in aircraft gas turbine engines in which multiple disks are in contact through curvic coupling. Nayak's theory is adopted to calculate surface parameters measured from the tooth profile of the curvic coupling gear. Surface parameters are important design parameters for predicting the stiffness between contact surfaces. Based on the calculated surface parameters, elastoplastic contact analysis is performed according to the interference between two surfaces based on the Greenwood-Williamson model. The equivalent bending stiffness is predicted based on the shape and elastoplastic contact stiffness of the curvic coupling. An equation of motion of the rod-fastened rotor, including the bending stiffness of the curvic coupling, is developed. Methods for applying the bending stiffness of a curvic coupling to the equation of motion and for modeling the equation of motion of a rotor that includes both inner and outer rotors are introduced. Rotordynamic analysis is performed through one-dimensional finite element analysis, and each element is modeled based on Timoshenko beam theory. Changes in bending stiffness and the resultant critical speed change in accordance with the rod fastening force are predicted, and the corresponding mode shapes are analyzed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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