In this study, we investigate surge force, heave force, and pitch moment, which are vertical plane hydrodynamics acting on Manta-type unmanned underwater vehicles (UUVs), using a model test and computational fluid dynamics (CFD) simulation. Assessing the maneuvering hydrodynamic characteristic of an underwater glider in the initial design stage is crucial. Although a model test is the best approach for obtaining the maneuvering hydrodynamic derivatives for underwater vehicles, numerical methods, such as Reynolds averaged Navier-Stokes (RANS) equations, have been used owing to their efficiency in terms of time and cost. Therefore, we conducted an RANS-based CFD calculation and a model test for Manta-type UUVs. In addition, we conducted a validation study through a comparison with a model test conducted at a circular water channel (CWC) in Korea Maritime & Ocean University Furthermore, two RANS solvers (Star-CCM+ and OpenFOAM) were used and compared. Finally, the maneuvering hydrodynamic forces obtained from the static drift and resistance tests for a Manta-type UUV were presented.
The objective of this study is to model and simulate the nonlinear lubrication performance of the sliding part between the piston and cylinder wall in a hydrostatic swash-plate-type axial piston pump. A numerical algorithm is developed that facilitates simultaneous calculation of the rotating body motion and fluid film pressure to observe the fluid film geometry and power loss. It is assumed that solid asperity contact, so-called mixed lubrication in this study, invariably occurs in the swash-plate-type axial piston pump, which produces a higher lateral moment on the pistons than other types of hydrostatic machines. Two comparative mixed lubrication models, rigid and elastic, are used to determine the reaction force and sliding friction. The rigid model does not allow any elastic deformation in the partial lubrication area. The patch shapes, reactive forces, and virtual local elastic deformation in the partial lubrication area are obtained in the elastic contact model using a simple Hertz contact theory. The calculation results show that a higher reaction force and friction loss are obtained in the rigid model, indicating that solid deformation is a significant factor on the lubrication characteristics of the reciprocating piston part.
In this paper, the steady-state performances analysis of a tilting pad gas bearing(TPGB) we analyzed by using finite element method for compressible Reynolds' equation. TPGB is used in a high-expansion-ratio expander running at a speed of 230,000 rpm. In order to solve the nonlinear finite element equations, the Newton-Raphson method is applied. The variations of the loading capacity, friction force and tilting angle of a single pad v.s. eccentricity direction of eccentricity and bearing number are investigated. The condition for the equilibrium of a pad, which is important for safe working of the bearing, is stated. The performances of the three pad bearing such as loading capacity, friction moment are predicted.
An experimental test facility for the complete characteristics of pumps is constructed at KIMM(Korea Institute of Machinery and Materials). All sensors instrumented in test facility for measuring flow rate, pressure, force and moment are in-situ calibrated by primary method. This paper describes the test facility and test technique of the complete characteristics of pumps, together with an experimental test results for a reactor coolant pump which is designed at KIMM for the first time in Korea. The test results for the mixed-flow type pump of $n_s$=1.425 are presented by three curves: constant head, torque, and speed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.2
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pp.443-450
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1995
An analysis of the dynamics of a mechanical monoleaflet heart valve prosthesis in the closing phase is presented. Employing the moment equilibrium principles on the occluder motion and the squeeze film dynamics of the fluid between the occluder and the guiding strut at the instant of impact, the velocity of the occluder tip and the impact force were computed. The dynamics of fluid being squeezed between the occluder and the guiding struts is accounted for by Reynold's equation. The effect of the fluid being squeezed between the occluder and the guiding strut was to reduce the velocity of the occluder tip at the instant of valve closure as well as dampen the fluttering of the occluder before coming to rest in the fully closed position. The squeeze film fluid pressure changed rapidly from a high positive value to a relatively large negative value in less than 1 msec. The results of this study may be extended for the analysis of cavitation inception, mechanical stresses on the formed elements and valve components as well as to estimate the endurance limits of the prosthetic valves.
The flow field if a ship's propulsion mechanism of Weis-Fogh type is studied by the discrete vertex method. The wing in a channel is approximated by a finite number of bound vortices, and free vortices representing the separated flow are introduced from the trailing edge if the wing. The time histories of the thrust, the drag, and the moment acting on the wing are calculated, including the unsteady force due to the change of strength of the bound vortices. These calculated values agree well with the experimental values. The flow field of this propulsion mechanism is numerically clarified.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.11
no.1
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pp.52-60
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2002
The purpose of this research is to study the vibration and acoustic pressure radiation from a thin isotropic flat plate stiffened by a rectangular array of beams, and excited by a time harmonic point force. These constructions on aircraft and ship structures are often subjected to fiequency dependent pressure fluctuations and forces. Forces from the these excitations induce structural vibrations in a wide range of fiequencies, which may cause such things as acoustic fatigue and internal cabin noise in the aircraft. It is thus important that the response characteristics and vibration modes of such periodic structures be horn. From this theoretical model, the sound pressure levels(SPL) in a semi-infinite fluid(water) bounded by the plate with the variation in the locations of an external time harmonic point farce on the plate can be calculated efficiently using three numerical tools such as the Gauss-jordan method the LU decomposition method md the IMSL numerical package.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.21
no.11
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pp.1518-1526
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1997
The dynamic properties of a ship's propulsion mechanism of Weis-Fogh type are studied by the discrete vortex method. The wing in the channel is approximated by a finite number of bound vortices and free vortices representing the separated flow are introduced from the trailing edge of the wing. The time histories of the thrust, the drag, and the moment acting on the wing are calculated, including the unsteady force due to the change of strength of the bound vortices. These calculated results show a similar tendency to the experimental ones qualitatively and the dynamic properties of this propulsion mechanism are numerically clarified.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.28
no.1
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pp.21-32
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2024
This study performed the seismic response analysis of an LNG storage tank supported by a disconnected piled raft foundation (DPRF) with a load transfer platform (LTP). For this purpose, a precise analytical model with simultaneous consideration of Fluid-Structure Interaction (FSI) and Soil-Structure Interaction (SSI) was used. The effect of the LTP characteristics (thickness, stiffness) of the DPRF system on the seismic response of the superstructure (inner and outer tanks) and piles was analyzed. The analytical results were compared with the response of the piled raft foundation (PRF) system. The following conclusions can be drawn from the numerical results: (1) The DPRF system has a smaller bending moment and axial force at the head of the pile than the PRF system, even if the thickness and stiffness of the LTP change; (2) The DPRF system has a slight stiffness of the LTP and the superstructure member force can increase with increasing thickness. This is because as the stiffness of the LTP decreases and the thickness increases, the natural frequency of the LTP becomes closer to the natural frequency of the superstructure, which may affect the response of the superstructure. Therefore, when applying the DPRF system, it is recommended that the sensitivity analysis of the seismic response to the thickness and stiffness of the LTP must be performed.
Super long-span bridges provide people with great convenience, but they also bring traffic safety problems caused by strong wind owing to their high decks. In this paper, the large eddy simulation together with dynamic mesh technology in computational fluid dynamics (CFD) is used to explore the mechanism of a moving vehicle's transient aerodynamic force in crosswind, the regularity and mechanism of the vehicle's aerodynamic forces when it passes through a bridge tower's wake zone in crosswind. By comparing the calculated results and those from wind tunnel tests, the reliability of the methods used in the paper is verified on a moving vehicle's aerodynamic forces in a bridge tower's wake region. A vehicle's aerodynamic force coefficient decreases sharply when it enters into the wake region, and reaches its minimum on the leeward of the bridge tower where exists a backflow region. When a vehicle moves on the outermost lane on the windward direction and just passes through the backflow region, it will suffer from negative lateral aerodynamic force and yaw moment in the bridge tower's wake zone. And the vehicle's passing ruins the original vortex structure there, resulting in that the lateral wind on the right side of the bridge tower does not change its direction but directly impact on the vehicle's windward. So when the vehicle leaves from the backflow region, it will suffer stronger aerodynamic than that borne by the vehicle when it just enters into the region. Other cases of vehicle moving on different lane and different directions were also discussed thoroughly. The results show that the vehicle's pneumatic safety performance is evidently better than that of a vehicle on the outermost lane on the windward.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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