In the fluid-structure interaction analysis, the finite element formulation is performed for the wave equation for dynamic fluid pressure, and the dynamic pressure is defined as a degree of freedom at the fluid nodes. Therefore, to connect the fluid to the structure, it is necessary to connect the degree of freedom of fluid dynamic pressure and the degree of freedom of structure displacement through an interface element derived from the relationship between dynamic pressure and displacement. The previously proposed fluid-structure interface elements use conformal finite element meshes in which the fluid and structure match. However, it is challenging to construct conformal meshes when complex models, such as water purification plants and wastewater treatment facilities, are models. Therefore, to increase modeling convenience, a method is required to model the fluid and structure domains by independent finite element meshes and then connect them. In this study, two fluid-structure interface elements, one based on constraints and the other based on the integration of nonsmooth functions, are proposed in nonconformal finite element meshes for structures and fluids, and their accuracy is verified.
In this study, the impact characteristics of subsea pipelines that were installed in various soil types and burial depths were evaluated by a numerical method. An impact scenario replicated a dropped ship anchor that fell vertically and impacted an installed subsea pipeline. In order to calculate the impact force through terminal velocity, FLUENT, a computational fluid dynamic program and MDM (Moving Deforming Mesh) technique were applied. Next, a dynamic finite element program, ANSYS Explicit Dynamics, was used for impact analysis between the anchor and pipeline (or, subsea if they were buried). Three soil types were considered: loose sand, dense sand and soft clay by applying the Mohr-coulomb model to the seabed. The buried depth was assumed to be 0 m, 1 m and 2 m. In conclusion, a subsea pipeline was the most stable when buried in dense sand at a depth of 2 m to prevent impact damage.
MRU(motor reduction unit) for KTX is a assembled complex structure that is equipped with a lot of parts at the express train KTX and that is the core power source operating variable speeds. This study is recorded the dynamic characteristics analysis results tested by EMA which is done through the parts and assembly test, transient analysis and stoped train test in order to design the online monitoring system for KTX MRU. And the mode shapes result from critical vibration frequency explain the relation with variable speeds of express train over 250 km/hr. Also these variable speeds make variable operational frequencies at pinion, axle gear mesh frequency and normal bearing fault frequencies. As the specified speed can make resonance with natural frequencies of the MRU, for the train operating stability, this study also presents the MRU's critical speeds calculated by the each train speed.
A CFD analysis method is developed and applied for investigating the gas flow and the byproduct particle trajectory in Roots type vacuum pump. The internal fluid flow and thermal fields between the rotors and the housing of vacuum pump are analyzed by using the dynamic mesh, the numerical methods for unsteady 2-D Navier-Stokes equation and the standard k-$\varepsilon$ turbulence model of the Fluent code. Coupled with the flow simulation results, the particle trajectory of the byproduct flowing into the pump with gas stream is analyzed by using discrete phase modeling technique. The CFD analysis results show the pressure, the velocity and the temperature distributions in pump change abruptly due to the rotation of rotors, and back flows are produced due to the strong reverse pressure gradients at rotor/rotor and rotor/housing clearances. The predicted byproduct particle trajectory results also show the particles impinge on the clearance surfaces between the housing and the rotor of pump and then may form the deposit layer causing the failure of pump.
In this study, the characteristics of crossing a river of Ground Armored Vehicle (GAV) were evaluated by numerical method and real size tests. 3-D hybrid mesh systems were constructed by 3-D models of the GAV, and a commercial software, FLUENT, was used in numerical analysis. In order to deal with multi-phase problem (air and water), Volume Of Fluid (VOF) method was used, and Moving and Deforming Mesh (MDM) was adapted for unsteady motion of GAV. There were two steps in this research. Firstly, stability of the GAV which cruised a river was evaluated by changing several shapes of water-proof-front-wing of the GAV in steady state, and compared results (free surface shape and drag value in 10km/h) with those of real size tests. Secondly, results of unsteady analysis considering weight and moment of inertia of the GAV were presented. There were showed a maximum velocity with a designed water jet and dynamic stability including pitch, roll, and yaw moment. Based on these results, the optimal shape of water-proof-front-wing of the GAV was determined for a proto-type of the GAV.
오픈 소스 유체역학 소프트웨어인 OpenFOAM은 다양한 유체 흐름에 적용 가능한 프로그램들로 구성되어 있다. 이 중 interFoam은 밀도가 다른 두 유체(i.e., 물, 공기) 간의 경계를 추적하는 기법을 기반으로 한 프로그램으로, 파랑의 거동 모의에 주로 쓰이고 있다. 파생형 프로그램으로는 동격자(dynamic mesh) 및 중첩 격자 기법(overset grid method)을 interFoam에 추가한 overInterDyMFoam이 있다. 두 기법을 사용하면 각각 여러 영역에서 유체흐름과 다중 물체 간의 상호작용을 효율적으로 모의할 수 있다. 본 연구에서는 overInterDyMFoam을 사용하여 두 개 수문의 개방 움직임을 구현하고 생성된 파랑이 포말대(swash zone)에 접근하였을 때의 흐름 특성을 조사하였다. 수치모형실험 결과 수문 개방 속도가 댐 붕괴 파랑 흐름 전파속도에 영향을 미치는 사실을 발견하였다. 또한, 처오름과 처내림의 상호작용에 의한 난류 운동 특성을 조사하기 위해 수문 개방시간 간격을 0초~3초로 설정하였다. 수치모형실험 결과는 수리모형실험의 수면 변동 시계열과 속도 시계열 결과와 비교하여 모형의 정확성이 검증되었다.
Qizheng Sun ;Wei Xiao;Xiangyue Li ;Han Yin;Tengfei Zhang ;Xiaojing Liu
Nuclear Engineering and Technology
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제55권6호
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pp.2172-2194
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2023
A variational nodal method (VNM) with unstructured-mesh is presented for solving steady-state and dynamic neutron diffusion equations. Orthogonal polynomials are employed for spatial discretization, and the stiffness confinement method (SCM) is implemented for temporal discretization. Coordinate transformation relations are derived to map unstructured triangular nodes to a standard node. Methods for constructing triangular prism space trial functions and identifying unique nodes are elaborated. Additionally, the partitioned matrix (PM) and generalized partitioned matrix (GPM) methods are proposed to accelerate the within-group and power iterations. Neutron diffusion problems with different fuel assembly geometries validate the method. With less than 5 pcm eigenvalue (keff) error and 1% relative power error, the accuracy is comparable to reference methods. In addition, a test case based on the kilowatt heat pipe reactor, KRUSTY, is created, simulated, and evaluated to illustrate the method's precision and geometrical flexibility. The Dodds problem with a step transient perturbation proves that the SCM allows for sufficiently accurate power predictions even with a large time-step of approximately 0.1 s. In addition, combining the PM and GPM results in a speedup ratio of 2-3.
The objective of this study was to develop a simple and efficient numerical modeling technique for dynamic crack propagation using the finite element method. The study focused on the analysis of a rapidly propagation crack in an elastic body. As already known, discrete crack tip advance with the stationary node procedure results in spurious oscillation in the calculated energy terms. To reduce the spurious oscillation, a simple and efficient moving node procedure is proposed. The procedure does require neither remeshing the discretization nor distorting the original mesh. Two different central difference schemes are also evaluated and compared for dynamic crack propagation problem.
본 논문은 장거리 터널 내에서 운송체의 고속운행에 의해 발생한 유동을 해석하기 위한 격자 기법 개발에 관한 내용이다. 수십 km의 터널 시스템을 3차원으로 해석하기 위해서는 많은 수의 격자가 요구된다. 그러나 전체 터널 시스템을 3차원으로 계산한다는 것은 비효율적이다. 그리하여 본 논문에서 계산의 효율성을 위해 터널 내 유동장에 영향을 크게 주는 달리는 운송체 주위, 정거장과 환기구는 3차원으로 격자를 구성하였고 그 외의 직전 터널 구간은 1차원 격자로 구성하였다. 터널 내의 유동은 열차가 달릴 때 생성되는 열차 주위의 유동에 의해 결정된다. 그러므로 열차 주위에는 격자를 조밀하게 생성시켜 주었다. 그리고 이 격자는 열차가 이동할 때 함께 움직이도록 하여 격자의 질을 유지하게 하였다. 열차의 운행 속도는 가속, 등속, 감속의 3단계로 구분하였다. 이와 같은 장거리 터널 내 비정상 고속 운송체 유동을 해석하기 위해 상용 소프트웨어인 Ansys vr. 12.0의 UDFs(User-Defined Functions) 기능을 사용하였다.
Recently, several attempts have been made to provide reasonable information on unusual severe weather phenomena such as tolerant heavy rains and very wild typhoons. Quantitative precipitation forecasts and probabilistic quantitative precipitation forecasts (QPFs and PQPFs, respectively) might be one of the most promising methodologies for early warning on the flesh floods because those diagnostic precipitation models require less computational resources than fine-mesh full-dynamics non-hydrostatic mesoscale model. The diagnostic rainfall model used in this study is the named QPM(Quantitative Precipitation Model), which calculates the rainfall by considering the effect of small-scale topography which is not treated in the mesoscale model. We examine the capability of probabilistic diagnostic rainfall model in terms of how well represented the observed several rainfall events and what is the most optimistic resolution of the mesoscale model in which diagnostic rainfall model is nested. Also, we examine the integration time to provide reasonable fine-mesh rainfall information. When we apply this QPM directly to 27 km mesh meso-scale model (called as M27-Q3), it takes about 15 min. while it takes about 87 min. to get the same resolution precipitation information with full dynamic downscaling method (called M27-9-3). The quality of precipitation forecast by M27-Q3 is quite comparable with the results of M27-9-3 with reasonable threshold value for precipitation. Based on a series of examination we may conclude that the proosed QPM has a capability to provide fine-mesh rainfall information in terms of time and accuracy compared to full dynamical fine-mesh meso-scale model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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