The effects of internal fluid motion have to be considered in the analysis of liquid storage containers. Therefore this thesis developed a three-dimensional boundary element-finite element method for the analysis of rectangular liquid storage containers. The irrotational motion of inviscid and incompressible ideal fluid is modeled by using boundary elements and the motion of structure by finite elements. Coupling is performed by using compatibility and equilibrium conditions along the interface. Dynamic response characteristics of rectangular liquid storage containers such as sloshing motion, hydrodynamic pressure, displacement by fluid-structure interaction are investigated.
Selected Papers of The Society of Naval Architects of Korea
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v.2
no.1
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pp.18-28
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1994
In the vibration analysis of submerged or floating bodies such as ships and offshore structures, the coupled system between fluid and structure should be considered using the compatibility conditions on the wetted surface. It is well known that the hydroelastic vibration analysis of structures in contact with fluid can be done by applying the finite element method(FEM) to structures and the boundary element method(BEM) to the fluid domain. However, such an approach is impractical due to the characteristics of the fully coupled added mass matrix of fluid on the entire wetted surface. To overcome this difficulty, an efficient approach based on a reanalysis scheme is proposed in this paper. The proposed method can be applied for cases of higher local modes and beam-like modes for which three-dimensional reduction factors are not known. The three dimensional reduction factors are not needled and thus the restrictions can be removed in the analyses of non-beam like modes or local vibration modes by considering fluid-structure interaction. The validity and calculation efficiency of the proposed method are proved through numerical examples.
Kim, Dong-Hyun;Chang, Tae-Jin;Kwon, Hyuk-Jun;Lee, In
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2002.05a
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pp.140-146
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2002
The fluid induced vibration (FIV) phenomena of a 2-D.O.F airfoil system have been investigated in low Reynolds number incompressible flow region. Unsteady flows with viscosity are computed using two-dimensional incompressible Navier-stokes code. To validate developed Navier-Stokes code, steady and unsteady flow fields around airfoil are analyzed. The present fluid/structure interaction analysis is based on the most accurate computational approach with computational fluid dynamics (CSD) and computational structural dynamics (CSD) techniques. The highly nonlinear fluid/structure interaction phenomena due to severe flow separations have been analyzed fur the low Reynolds region (R$_{N}$ =500~5000) that has a dominancy of flow viscosity. The effect of R$_{N}$ on the fluid/structure coupled vibration instability of 2-DOF airfoil system is presented and the effect of initial angle of attack on the dynamic instability are also shown.own.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.36
no.7
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pp.731-738
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2012
In this study, the evaluation of the aerodynamic characteristics of the NREL Phase VI Rotor System has been performed, for the 7 m/s upwind case using commercial FEA and CFD tools which are ANSYS Mechanical 12.1 and CFX 12.1. The initial operating conditions of the rotor blade include a $3^{\circ}$ tip pitch angle. A numerical simulation was carried out on only the rotor parts, excluding the tower structure based on the equivalent stiffness model, to consider the aeroelastic effect for the numerical simulation using the loosely coupled 2-way fluid-structure interaction method. The blade root bending moment was monitored in real time to obtain reasonable results. To verify the analysis results, the numerical simulation results were compared with the measurements in the form of the root bending moment and the pressure distributions of the NREL/NASA Ames wind tunnel test.
Kim, Moon-Kyum;Lim, Yun-Mook;Cho, Kyung-Hwan;Jung, Sung-Won;Eo, Jun
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2003.09a
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pp.481-488
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2003
A fluid-structure-isolator interaction program was developed in this study. The behavior of liquid regions are simulated by the boundary element method, and then the technique of analyzing the free surface motion in time domain is developed by using the nonlinear free surface boundary condition(NFBC) and the condition of interface between the structure and the fluid. Structure regions are modeled by the finite element method. In order to construct the governing equation of the fluid structure interaction(FSI)problem in time domain, the finite elements for a structure and boundary elements for liquid are coupled using the equilibrium condition, the compatibility condition and NFBC. The isolator is simulated by equation proposedin 3D Basis Me. In order to verify the validity and the applicability of the developed fluid- structure -Isolator interaction program, The horizontal forced vibration analysis was performed. The applicability of the developed method is verified through the artificial seismic analysis of real size liquid storage tank.
Kim, Dong-Hyun;Kim, Yu-Sung;Kim, Yo-Han;Kim, Dong-Man;Kim, Jong-Wook
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2009.04a
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pp.658-659
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2009
In this study, fluid-induced vibration (FIV) analyses have been conducted for tall building structure. In order to investigate the aeroelastic responses of tall building due to wind load, advanced computational analysis system based n computational fluid dynamics(CFD) and computational structural dynamics (CSD) has been developed. Fluid domains are modeled using the computational grid system with local grid deforming technique. A fully implicit time marching scheme based on the Newmark direct integration method is used for computing the coupled aeroelastic governing equations of tall structure for fluid-structure interaction (FSI) problems. Detailed aeroelastic responses and results are presented to show the physical phenomenon of the tall building.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.7
no.3
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pp.101-109
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2014
Sediment erosion is one of the key challenges in hydraulic turbines from a design and maintenance perspective in Himalayas. The present study focuses on choosing the best design in terms of blade angle distribution of a Francis turbine runner which has least erosion effect without influencing the efficiency and the structural integrity. A fully coupled Fluid-Structure-Interaction (FSI) analysis was performed through a multi-field solver, which showed that the maximum stress induced in the optimized design for better sediment handling, is less than that induced in the reference design. Some numerical validation techniques have been shown for both CFD and FSI analysis.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.14
no.5
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pp.1033-1042
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1994
Dynamic behavior of flexible rectangular liquid containers is analyzed by a two-dimensional coupled boundary element-finite element method. The irrotational motion of inviscid and incompressible ideal fluid is modeled by boundary elements and the motion of structure by finite elements. A singularity free integral formulation is employed for the implementation of boundary element method. Coupling is performed by using compatibility and equilibrium conditions along the interface between the fluid and structure. The fluid-structure interaction effects are reflected into the coupled equation of motion as added fluid mass matrix and sloshing stiffness matrix. By solving the eigen-problem for the coupled equation of motion, natural frequencies and mode shapes of coupled system are obtained. The free surface sloshing motion and hydrodynamic pressure developed in a flexible rectangular container due to horizontal and vertical ground motions are computed in time domain.
Three-dimensional Lagrangian fluid finite element is applied to seismic response analysis of an oil storage tank with a floating roof. The fluid element utilized in the present analysis is formulated based on the displacement finite element method considering only volumetric elasticity and its element stiffness matrix is derived by using one-point integration method in order to avoid volumetric locking. The method usually adds a rotational penalty stiffness to satisfy the irrotational condition for fluid motion and modifies element mass matrices through the projected mass method to suppress spurious hourglass-mode appeared in compensation for one-point integration. In the fluid element utilized in the present paper, a small hourglass stiffness is employed. The fluid and structure domains for the objective oil storage tank are modeled by eight-node solid elements and four-node shell elements, respectively, and the transient response of the floating roof structure or the free surface are evaluated by implicit direct time integration method. The results of seismic response analyses are compared with those by other method and the validation of the present analysis using three-dimensional Lagrangian fluid finite elements is shown.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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