A preconditioning technique is presented for a simultaneous solution to wind-membrane interaction. In the simultaneous equations, a linear elastic model was employed to deal with the fluid-structure data transfer at the interface. A Lagrange multiplier was introduced to impose the specified boundary conditions at the interface and strongly coupled simultaneous equations are derived after space and time discretization. An initial linear elastic model preconditioner and modified one were derived by treating the linearized elastic model equation as a saddle point problem, respectively. Accordingly, initial and modified fluid-structure interaction (FSI) preconditioner for the simultaneous equations were derived based on the initial and modified linear elastic model preconditioners, respectively. Wind-membrane interaction analysis by the proposed preconditioners, for two and three dimensional membranous structures respectively, was performed. Comparison was made between the performance of initial and modified preconditioners by comparing parameters such as iteration numbers, relative residuals and convergence in FSI computation. The results show that the proposed preconditioning technique greatly improves calculation accuracy and efficiency. The priority of the modified FSI preconditioner is verified. The proposed preconditioning technique provides an efficient solution procedure and paves the way for practical application of simultaneous solution for wind-structure interaction computation.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.23
no.6
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pp.583-593
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2003
The effect of liquid confined in a pipe on elastic waves propagating in the pipe wall was studied theoretically and experimentally. The axisymmetric motion of the wave was modeled with the cylindrical membrane shell theory. The liquid pressure satisfying the axisymmetric wave equation was included in the governing equation as a radial load. The phase speed of the wave propagating in the axial direction was calculated, accounting for the apparent mass of the liquid. Experiments were performed in a pipe equipped with ring-shaped, piezoelectric transducers that were used for transmitting and receiving axisymmetric elastic waves in the pipe wall. The measured wave speeds were compared with the analytical ones. This work demonstrates the feasibility of using pipe waves for the determination of the density and, eventually, the flow rate of the liquid in a pipe.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.22
no.3
s.168
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pp.154-161
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2005
In this study, the leaflet motion of a mechanical heart valve and the characteristics of two-dimensional transient blood flow in an elastic blood vessel have been numerically investigated by using fluid-structure interaction method. Here, blood has been assumed as a Newtonian, incompressible fluid. Pressure profiles have been used as boundary conditions at the ventricle and the aorta. As a result, closing motion of the leaflet is faster than opening one. While opening angles of leaflet grow up, vortex is detected at the sinus and backward of the leaflets. When the leaflet is fully closed, vortex is detected at the ventricle and at that moment maximum displacement of the elastic blood vessel is observed in the vicinity of the sinus region. Maximum displacement is caused in association with the blood flow that is oriented toward the elastic blood vessel.
Noise generated by the blunt trailing edge of lifting surfaces is investigated in this study using fluid structure interaction theory. First, through the eddy modeling, noise generation doe to the flow instability on the rigid trailing edge is surveyed. Then the behavior of elastic cantileverd beam is investigated. Parametric study based on various material properties is employed to analyze the motion of the beam. Moreover, each eigenmode approach of cantilevered beam is used to find when flow induced vibration is resonant. To analyze elastic behavior of cantilever beam efficiently, moving grid generation technique based on non-conservative form of Navier-Stokes equation is used. Equation of the motion associated with the cantilever beam is discretized by the Galerkin procedure with forced vibration. As a consequence, behavior of the elastic cantilevered beam is stable when the first mode natural frequency of the material is relatively higher than that of flow induced pressure fluctuation.
Based on the recently developed resonance scattering theory for elastic waves, a relationship between the stress components, which may be measured using ultrasonic transducers, of partial waves scattered from cylindrical fluid scatterer, cavity, and resonance scatterer has been derived. The computed resonance scattered stresses exhibit frequency behaviors similar to the corresponding scattering coefficients: particularly, abrupt changes in phase by 180°near the resonant frequencies. By studying the behavior of pressure in the fluid scatterer, the physics of the theory has been further understood. Using the method studied and developed in this paper, nondestructive characterization of fluid inclusions in elastic media is expected to become more reliable.
This paper studies the forced vibration of the hydro-elastic system consisting of the anisotropic (orthotropic) plate, compressible viscous fluid and rigid wall within the scope of the exact equations and relations of elastodynamics for anisotropic bodies for describing of the plate motion, and with utilizing the linearized exact Navier-Stokes equations for describing of the fluid flow. For solution of the corresponding boundary value problem it is employed time-harmonic presentation of the sought values with respect to time and the Fourier transform with respect to the space coordinate on the coordinate axis directed along the plate length. Numerical results on the pressure acting on the interface plane between the plate and fluid are presented and discussed. The main aim in this discussion is focused on the study of the influence of the plate material anisotropy on the frequency response of the mentioned pressure. In particular, it is established that under fixed values of the shear modulus of the plate material a decrease in the values of the modulus of elasticity of the plate material in the direction of plate length causes to increase of the absolute values of the interface pressure. The numerical results are presented not only for the viscous fluid case but also for the inviscid fluid case.
The present paper deals with the analysis of water tank with elastic separator wall. Both fluid and structure are discretized and modeled by eight node-elements. In the governing equations, pressure for the fluid domain and displacement for the separator wall are considered as nodal variables. A method namely, direct coupled for the analysis of water tank has been carried out in this study. In direct coupled approach, the solution of the fluid-structure system is accomplished by considering these as a single system. The hydrodynamic pressure on tank wall is presented for different lengths of tank. The results show that the magnitude of hydrodynamic pressure is quite large when the distances between the separator wall and tank wall are relatively closer and this is due to higher rotating tendency of fluid and the higher sloshed displacement at free surface.
Dang, Van-Hieu;Sedighi, Hamid M.;Chan, Do Quang;Civalek, Omer;Abouelregal, Ahmed E.
Structural Engineering and Mechanics
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v.78
no.1
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pp.103-116
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2021
In this work, a model of a functionally graded (FG) nanotube conveying fluid embedded in an elastic medium is developed based on the nonlocal strain gradient theory (NSGT) in conjunction with Euler-Bernoulli beam theory (EBT). The main objective of this research is to investigate the nonlinear vibration and stability analysis of fluid-conveying nanotubes. The governing equations of motion are derived by means of Hamiltonian principle. The analytical expressions of nonlinear frequencies and critical flow velocities for two different types of boundary conditions including pinned-pinned (P-P) and clamped-clamped (C-C) conditions are obtained by employing Galerkin method as well as Hamiltonian Approach (HA). Comparison of the obtained results with the published works show the acceptable accuracy of the current solutions. The effects of the power-law index, the nonlocal and material length scale parameters and the elastic medium on the stability and nonlinear responses of FG nanotubes are thoroughly investigated and discussed.
The performance of passive control system for the seismic protection of a multi-tower cable-stayed bridge with the application of partially longitudinal constraint system is investigated. The seismic responses of the Jiashao Bridge, a six-tower cable-stayed bridge using the partially longitudinal constraint system are studied under real earthquake ground motions. The effects of the passive control devices including the viscous fluid dampers and elastic cables on the seismic responses of the bridge are examined by taking different values of parameters of the devices. Further, the optimization design principle of passive control system using viscous fluid dampers is presented to determine the optimized parameters of the viscous fluid dampers. The results of the investigations show that the control objective of the multi-tower cable-stayed bridge with the partially longitudinal constraint system is to reduce the base shears and moments of bridge towers longitudinally restricted with the bridge deck. The viscous fluid dampers are found to be more effective than elastic cables in controlling the seismic responses. The optimized parameters for the viscous fluid dampers are determined following the principle that the peak displacement at the end of bridge deck reaches to the maximum value, which can yield maximum reductions in the base shears and moments of bridge towers longitudinally restricted with the bridge deck, with slight increases in the base shears and moments of bridge towers longitudinally unrestricted with the bridge deck.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2000.11a
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pp.547-550
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2000
The steel pipe for fluid catalytic cracking(FCC) unit. petroleum refinery, is lined with refractory to protect the system from high-temperature of the internal flow. The property of the refractory has an effect upon the stress analysis of FCC unit. Because 1-D pipe element or 3-D shell element are usually used in commercial codes of stress analysis to evaluate the structural soundness, the equivalent elastic modulus considering steel and refractory should be applied. In the research, the theoretical method to obtain the value of the equivalent property is introduced and then the stress analysis is carried out with the part of FCC unit.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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