A new finite element technique to solve the problem of wind and structure interactions is presented. Conventionally, wind analysis is performed on the Eulerian description in which the finite element mesh would not move in accordance with the wind flow. However, it is not the case in wind-structure interaction problems because nodes attached to the surface of structure should move with the displacement of structure. The arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) method treats the mesh and flow independently, and allow the mesh to move. In this study, the analysis domain is divided into regions of the structure, air around the structure and the interface of two regions. To satisfy the compatibility and equilibrium conditions between separated regions and to carry out the efficient analysis, the rigid link is used. Also the equation of wind and that of structure are arranged in a single matrix equation.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.45
no.11
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pp.932-938
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2017
Particle-in-cell method which blends Eulerian grids and Lagrangian particle is utilized to solve simplified hall-effect thruster. Since this study individually tracks not only neutrons and ions but also electrons, message passing interface(mpi) scheme is adopted for parallel computer cluster. Helical movement of an electron cloud in constant magnetic field is validated comparing with an exact solution. A plasma in radial magnetic field and axial electric field in a reaction cylinder is established. Electrons do double helix movement and are well anchored in a cylinder. Ionization of neutrons by impact with high-speed electrons generates ion particles. They are accelerated by axial electric field, which forms a plume of a plasma-effect thruster.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.26
no.5
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pp.35-43
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2022
Precise modeling and analysis of closed bomb test(CBT) combustion using solid propellants was performed. The fluid structure interaction(FSI) method was implemented to analyze the gas and solid phases at the same time. The Eulerian analysis method was applied for the gas phase and grain combustion, and the Lagrangian analysis method was implemented for the grain movement. The interaction between the solid phase grains and the combustion gas was fully coupled through the source term. The volume of fluid(VOF) method was used to simulate the burning distance of the grain and the movement of the combustion surface. The force acting on the grain was comprised of the pressure and gravity acting on the grain burning surface, and the grain burning rate and grain movement speed were considered in the velocity term of the VOF. The combustion analysis was performed for both one and three grains, and fairly compared with the experiments. The acoustic field during grain combustion due to pressure fluctuations was also analyzed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.37
no.3
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pp.229-235
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2013
To investigate the effect of the flexible artery wall on the blood flow, three-dimensional numerical simulations were carried out for analyzing the time-dependent incompressible flows of Newtonian fluids constrained by a flexible wall. The Navier-Stokes equations for fluid flow were solved using the P2P1 Galerkin finite element method, and mesh movement was achieved using an arbitrary Lagrangian-Eulerian formulation. The Newmark method was employed for solving the dynamic equilibrium equations for the deformation of a linear elastic solid. To avoid complexity due to the necessity of additional mechanical constraints, we used a combined formulation that includes both the fluid and structure equations of motion to produce a single coupled variational equation. The results showed that the flexibility of the carotid wall significantly affects flow phenomena during the pulse cycle. The flow field was also found to be strongly influenced by the bifurcation angle.
Zaid, Mohammad;Sadique, Md. Rehan;Alam, M. Masroor;Samanta, Manojit
Geomechanics and Engineering
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v.23
no.3
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pp.245-259
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2020
Tunnels have become an indispensable part of metro cities. Blast resistance design of tunnel has attracted the attention of researchers due to numerous implosion event. Present paper deals with the non-linear finite element analysis of rock tunnel having shear zone subjected to internal blast loading. Abaqus Explicit schemes in finite element has been used for the simulation of internal blast event. Structural discontinuity i.e., shear zone has been assumed passing the tunnel cross-section in the vertical direction and consist of Highly Weathered Granite medium surrounding the tunnel. Mohr-Coulomb constitutive material model has been considered for modelling the Highly Weathered Granite and the shear zone material. Concrete Damage Plasticity (CDP), Johnson-Cook (J-C), Jones-Wilkins-Lee (JWL) equation of state models are used for concrete, steel reinforcement and Trinitrotoluene (TNT) simulation respectively. The Coupled-Eulerian-Lagrangian (CEL) method of modelling for TNT explosive and air inside the tunnel has been adopted in this study. The CEL method incorporates the large deformations for which the traditional finite element analysis cannot be used. Shear zone orientations of 0°, 15°, 30°, 45°, 60°, 75° and 90°, with respect to the tunnel axis are considered to see their effect. It has been concluded that 60° orientation of shear zone presents the most critical situation.
The conventional numerical models to analyze flow in subsurface porous media under the transient state usually generate numerical oscillation and unstability due to local flux domain for critical cases such as infiltration into initially dry soil during rainfall period. In this case, it is required refined mesh and small time step, but it decrease efficiency of computation. In this study, numerical unstability in discontinuity domain is removed by applying particle tracking algorithm to simulate unsteady subsurface flow with inflow boundary condition. Finally the hybrid LE FEM improving numerical stability is proposed. The hypothetical domains with unsteady uniform and nonuniform flow field were used to demonstrated algorithm verification. In comparison with analytic solution, we obtained reasonable results and conducted simulation of hypothetical 3-D recharge/pumping area. The proposed algorithm can simulate saturated/unsaturated porous media with more practical problems and will greatly contribute to accuracy and stability of numerical computation.
A numerical model for analyzing air-train-track interaction is proposed to investigate the dynamic behavior of a high-speed train running on a track in crosswinds. The model is composed of a train-track interaction model and a train-air interaction model. The train-track interaction model is built on the basis of the vehicle-track coupled dynamics theory. The train-air interaction model is developed based on the train aerodynamics, in which the Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) method is employed to deal with the dynamic boundary between the train and the air. Based on the air-train-track model, characteristics of flow structure around a high-speed train are described and the dynamic behavior of the high-speed train running on track in crosswinds is investigated. Results show that the dynamic indices of the head car are larger than those of other cars in crosswinds. From the viewpoint of dynamic safety evaluation, the running safety of the train in crosswinds is basically controlled by the head car. Compared with the generally used assessment indices of running safety such as the derailment coefficient and the wheel-load reduction ratio, the overturning coefficient will overestimate the running safety of a train on a track under crosswind condition. It is suggested to use the wheel-load reduction ratio and the lateral wheel-rail force as the dominant safety assessment indices when high-speed trains run in crosswinds.
In this study, the Eulerian/Lagrangian one-way coupling method is proposed to predict flow noise due to Blade-Tip Vortex Cavitation (BTVC). The proposed method consists of four sequential steps: flow field simulation using Computational Fluid Dynamics (CFD) techniques, reconstruction of wing-tip vortex using vortex model, generation of BTVC using bubble dynamics model and acoustic wave prediction using the acoustic analogy. Because the CFD prediction of tip vortex structure generally suffers from severe under-prediction of its strength along the steamwise direction due to the intrinsic numerical damping of CFD schemes and excessive turbulence intensity, the wing-tip vortex along the freestream direction is regenerated by using the vortex modeling. Then, the bubble dynamics model based on the Rayleigh-Plesset equation was employed to simulate the generation and variation of BTVC. Finally, the flow noise due to BTVC is predicted by modeling each of spherical bubbles as a monople source whose strength is proportional to the rate of time-variation of bubble volume. The validity of the proposed numerical methods is confirmed by comparing the predicted results with the measured data.
In this paper the Hoek-Brown (HB) failure criterion is integrated into the Holmquist-Johnson-Cook (HJC) concrete material model to reflect the inherent characteristics of field rock masses in LS-DYNA blast modeling. This is intended to emphasize the distinctive characteristics of field rock masses that usually have many geological discontinuities. The replacement is made only for the static strength part of the HJC material model by using a statistical curve fitting technique, and its procedure is described in detail. An example is also given to illustrate the use of the obtained HJC material model. Computation is performed for a plane strain model of a single-hole blasting on a field limestone by using the combination of the fluid-structure interaction (FSI) technique and the multi-material arbitrary Lagrangian Eulerian (MMALE) method in LS-DYNA.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.22
no.2
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pp.66-73
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2018
A computational fluid dynamics simulation of pyrotechnic material combustion inside a cylindrical closed vessel was carried out using the Eulerian-Lagrangian method. The 5th order upwind WENO scheme and the improved delayed detached eddy turbulence model were implemented to capture shock waves. The flow structure was analyzed inside the cylindrical vessel with a pressure sensor installed at the side wall center. The analysis revealed that the pressure oscillated because of the shock wave vibration. Additionally, the simulation results with four different sensor tab depths implied that, inside the sensor tab, eddies were generated by the excessively large gap between the sensor diaphragm and the side wall. These eddies caused irregularity to the measured time-pressure curve, which is an undesirable characteristic.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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