dos Santos Heringer, Juan Diego;de Souza Debossam, Joao Gabriel;de Souza, Grazione;Souto, Helio Pedro Amaral
Coupled systems mechanics
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제8권2호
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pp.147-168
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2019
This work aims to simulate three-dimensional heavy oil flow in a reservoir with heater-wells. Mass, momentum and energy balances, as well as correlations for rock and fluid properties, are used to obtain non-linear partial differential equations for the fluid pressure and temperature, and for the rock temperature. Heat transfer is simulated using a two-equation model that is more appropriate when fluid and rock have very different thermal properties, and we also perform comparisons between one- and two-equation models. The governing equations are discretized using the Finite Volume Method. For the numerical solution, we apply a linearization and an operator splitting. As a consequence, three algebraic subsystems of linearized equations are solved using the Conjugate Gradient Method. The results obtained show the suitability of the numerical method and the technical feasibility of heating the reservoir with static equipment.
We conduct numerical simulations of the interaction of a deformable structure with two-phase compressible flow. The finite volume method (FVM) is used to simulate fluid phenomena including a shock wave, a gas bubble, and the deformation of free surface. The deformation of a floating structure is computed with the finite element method (FEM). The compressible two-phase volume of fluid (VOF) method is used for the generation and development of a cavitation bubble, and the immersed boundary method (IBM) is used to impose the effect of the structure on the fluid domain. The result of the simulation shows the generation of a shock wave, and the expansion of the bubble. Also, the deformation of the structure due to the hydrodynamic loading by the explosion is identified.
In this study, a new constitutive model has been developed to predict the elastic behavior of plain weave textile composites, using the finite element (FE) method. The geometric conditions and basic assumptions of this model are based on the basics of a continuum theory developed for the plane curved composites. In this model, the mechanical properties of the weave region and pure matrix region is calculated separately and then imported for the FE analysis. This new constitutive model is used to implement the mechanical properties of weave region in the representative volume element (RVE). The constitutive relations are implemented as user-material subroutine code (UMAT) in ABAQUS® FE software. The results of FE analysis have been compared with experimental results and other data available in the literature. These comparisons confirmed the capability of the presented model for the prediction of effective elastic properties of plain weave fabric composites.
2차원 비압축성, 정상, 층류 Navier-Stokes 방정식을 일반 곡선 좌표계에서 계산하기 위한 유한체적법을 개발하였다. 수치해석은 정규 격자구조를 채택하였으며, 이때 압력의 불안정한 거동은 모멘텀 보간법에 의하여 제거하였다. NACA0012 날개 단면 주위의 유동을 개발된 컴퓨터 프로그램으로 계산한 결과들은 실험 및 다른 계산결과와 잘 일치하였다.
본 연구에서는 삼차원 점성 유동을 효율적으로 해석하기 위해 사면체, 프리즘, 피라미드를 포함하는 비정렬 혼합격자계를 기반으로 하는 유동해석코드를 개발하였다. 유동의 지배방정식은 격자점 중심의 유한체적법을 사용하여 공간차분회었으며, 제어테적은 메디안 듀얼(median-dual)방법으로 구성하였다. 난류유동 해석은 Spalart-Allmaras 난류모형과 연계하여 계산되었다. 개발된 해석코드의 정상 유동 검증을 위해 삼차원 날개에 대한 층류, 난류유동을 해석하였으며, 비정상 유동 검증을 위해 조화운동에 의해 진동하는 삼차원 날개에 대한 유동해석을 수행하였다.
본 연구에서는 셀 구조물의 체적과 항복하중과의 상관관계를 규명하기 위하여 실내실험 및 수치해석을 수행하였다. 실험과 해석 결과 산출된 항복하중 값은 양호한 상관관계를 보였으며, 항복하중 값의 산출에 있어서 본 연구에서 수행한 유한요소 해석 기법은 타당한 것으로 검증되었다. 유한요소해석 결과, 셀 구조물의 체적 증가에 따라 항복하중은 증가되었으며 항복하중은 체적 증가비율만큼 증가하는 것으로 나타났다.
A calculation model is developed to predict the transient free surface flow on the containment floor following a loss-of-coolant accident (LOCA) of pressurized water reactors (PWR) for the use of debris transport evaluation. The model solves the two-dimensional Shallow Water Equation (SWE) using a finite volume method (FVM) with unstructured triangular meshes. The numerical scheme is based on a fully explicit predictor-corrector method to achieve a fast-running capability and numerical accuracy. The Harten-Lax-van Leer (HLL) scheme is used to reserve a shock-capturing capability in determining the convective flux term at the cell interface where the dry-to-wet changing proceeds. An experiment simulating a sudden break of a water reservoir with L-shape open channel is calculated for validation of the present model. It is shown that the present model agrees well with the experiment data, thus it can be justified for the free surface flow with accuracy. From the calculation of flow field over the simplified containment floor of APR1400, the important phenomena of free surface flow including propagations and interactions of waves generated by local water level distribution and reflection with a solid wall are found and the transient flow rates entering the Holdup Volume Tank (HVT) are obtained within a practical computational resource.
In this study, the compressibility of resin was considered in filling analysis to account for the possible packing type flow. A numerical simulation program employing a hybrid finite element/finite difference scheme was developed to solve Hele-Shaw flow of the compressible viscous fluid at non-isothermal conditions. To advance the melt front, a control volume approach was adopted. Thin complex 3-D shapes of cavities, runners, and sprues were discretized by employing triangular, cylindrical and/or rectangular strip elements. Mass conservation was applied to each control volume to solve for the pressure distribution. Directly applying a constant mass flow rate at the inlet removes calculation of the apparent pressure boundary conditions, resulting in better simulation condition. The Cross model was used to model viscosity and the Tait equation was employed to represent density as a function of temperature and pressure. The validity of the developed program was verified through comparisons with available data in the literature and the effect of compressibility on the pressure distribution was discussed. To reduce computation time, 1-D and 2-D elements were used instead of applying triangular elements and the numerical results were compared to each other.
십자형 및 변형 십자형의 2차원 터널 내에서 전파 전파 문제를 FVTD(finite volume time domain)법을 적용하여 시간영역에서 해석하였다. FVTD법은 임의의 미소 다면체 셀(cell)에 대하여 맥스웰 방정식(Maxwell's equation)을 체적 적분한 것에 이산화하여 나타낸 차분 방정식이다. 이 방식의 장점은 불균질 매질을 포함하는 임의 형태의 경계치 문제를 쉽게 계산할 수 있는데 있다. 본 논문에서는 FVTD법을 이용하여 십자형 터널에 대해 전자파의 전파 현상을 수치 계산을 하고, 유효성을 검증하기 위해 실험치와 비교하였다. 수치 계산의 종단에 있는 흡수 경계 조건은 손실 매질에 있느 PML(Perfect Matched Layer)흡수 경계 조건을 적용했다.
응력파의 영향을 받는 균열의 동적응력확대계수를 구하기 위해 동적에너지방출율에 관한 명시적인 표현식을 유도하고, 이를 이용하여 유한요소법에 적합한 수치계산방법을 제시한다. 새로운 운동학적 기술방법과 균열의 가상증분을 이용하여 균열선단의 유한한 영역에서 정의되는 체적적분식을 연속체 역학적인 정식화를 통하여 구하고, 이의 수치적분 유한영역의 모델링에 사용된 등매개변수특이요소 내에서 특이성을 만족하는 적합조건하에서 수행된다. 본 방법은 경로적분식을 이용하는 기존 방법들에 비해 보다 정확하고 안정된 결과를 제공하고 동시에 응력파의 영향을 적시에 조사할 수 있으며, 본 방법에 의해 개발된 유한요소모듈은 기존의 동적응력 해석프로그램에 용이하게 연결 설치할 수 있음을 보인다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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