Free-surface flows with an arbitrary deformation, induced by a submerged hydrofoil, are simulated numerically, considering two-fluid flows of both water and air. The computation is performed by a finite volume method using unstructured meshes and an interface capturing scheme to determine the shape of the free surface. The method uses control volumes with an arbitrary number of faces and allows cell wise local mesh refinement. The integration in space is of second order, based on midpoint rule integration and linear interpolation. The method is fully implicit and uses quadratic interpolation in time through three time levels. The linear equations are solved by conjugate gradient type solvers, and the non-linearity of equations is accounted for through Picard iterations. The solution method is of pressure-correction type and solves sequentially the linearized momentum equations, the continuity equation, the conservation equation of one species, and the equations for two turbulence quantities. Finally, a comparison is quantitatively made at the same speed between the computation and experiment in which the grid sensitivity is numerically checked.
Sloshing of the fluid having a free surface produces an impact force on a tank wall subjected to external excitation. This paper investigates the effect of cylindrical structures in a rectangular sloshing tank under translational harmonic excitations. By varying the number of installed cylinders in the tank, the characteristics of the free-surface deformation is experimentally observed, and the peak pressure on the tank wall is extracted by threshold values. To predict the peak pressure, the numerical simulation is also conducted using smoothed particle hydrodynamics (SPH), and the peak values are compared with the experimental results. Furthermore, pressure and velocity fields in the tank and free-surface shape are analyzed at the moment of impact.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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1994.10a
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pp.157-164
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1994
Finite element analysis of material deformation is successfully utilized to understand metal forming processes such as forging, extrusion and deep drawing. However, such analysis involves contact problems; a free node touches a die surface and a contact node slips along the die surface. In the present investigation, appropriate contact algorithms were developed assuming that a three dimensional surface can be divided into bilinear patches and that nodal velocities are linear during an incremental time. The algorithms were coded into a computer program and tested for a simple surface. Comparison of the test result with that obtained from a commercial code is presented and discussed.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.33
no.1
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pp.27-39
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1996
The effects of free surface and a strut on the lifting characteristics on a fin attached at the mid-chord of the strut are investigated experimentally in a circulating water channel. Variation of lift force on the fin is investigated with respect to free stream velocity(V), angle of attack of the fin(${\alpha}$) and ratio of the submergence depth of the fin to the chord of the fin(H/C). Attentions are focused on the lifting characteristics of the fin at shallow depths of submergence. Visualization of the free surface deformation along the strut and of the streamline about the fin is made in order to examine the inflow angle to the fin. Lift force on the fin alone i.e. in absence of the strut is also measured to investigate the difference in lifting characteristics of the fin caused by the strut. The results show that lift forces over the fin are largely affected by a free surface in the case of small submergence ratios(HiC<3.0). For HiC>5.0, the effects of the free surface are negligibly small. The inflow angle to the fin is significantly influenced by the strut and flow speed at the shallow depths of submergence. The deformation of the free surface is largely governed by the waves generated by the strut. However, for small submergence depths, the effects of the fin are found also significant.
An automatic quadrilateral mesh generator for large deformation finite element analysis such as metal forming simulation was developed. The NURBS interpolation method is used for modeling arbitrary 2-D free surface. This mesh generation technique is the modified paving algorithm, which is an advancing front technique with element-by-element resolving method for paving boundary intersection problem. The mesh density for higher analysis accuracy and less analysis time can be easily controlled with high-density points, maximum and minimum element size. A couple of application to large deformation finite element analysis is given as an example, which shows versatility and applicability of the proposed approach and the developed mesh generator for large deformation finite element analysis.
The present study numerically investigated the deformation of the interface of two-phase fluids flow in a blast furnace. To simulate three-dimensional(3D) incompressible viscous two-phase flow in the furnace filled with the air and molten iron, the volume of fluid(VOF) method based on the finite volume method has been utilized. In addition, the porous medium with the porosity has been considered as the bed of the particles such as cokes and char etc. For the comparison, the single phase flow and the two-phase flow without the porosity have been simulated. The two-phase flow without porosity condition revealed the smooth parabolic profile of the free surface near the outlet. However, the free surface under the porosity condition formed the viscous finger when the free surface was close to the outlet. This viscous finger accelerated the velocity of the free surface falling and the outflow velocity of the fluids near the outlet.
This work presents a simple hyperbolic shear deformation theory for analysis of functionally graded plates resting on elastic foundation. The proposed model contains fewer number of unknowns and equations of motion than the first-order shear deformation model, but the transverse shear stresses account for a hyperbolic variation and respect the tangential stress-free boundary conditions on the plate boundary surface without introducing shear correction factors. Equations of motion are obtained from Hamilton's principle. The Navier-type analytical solutions for simply-supported plates are compared with the existing solutions to demonstrate the accuracy of the proposed theory.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.7
no.2
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pp.104-109
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2006
In this study, the equivalent plate model is developed using a finite element method(FEM) based on the first order shear deformation theory(FSDT). The substructure synthesis method is used to consider the control surface. For the verification of the equivalent model, the results of free vibration analysis are compared with the ones of 3D wing structure modeled by using the MSC/NASTRAN.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1996.11a
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pp.721-725
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1996
The microfabricated test structures were used in order to evaluate the stress characteristics in films. The test structures were fabricated using surface micromachining technique, including HF vapor phase etching as an effective release method. The fabricated structures were micro strain gauge, cantilever-type vernier gauge and bridge for stress measurement, and cantilever for stress gradient measurement. The strain was measures by observing the deformation of the structures occurred after release etching and the amount of deformation can be detected by micro vernier gauge, which has gauge resolution of 0.2${\mu}{\textrm}{m}$. The detection principles and the degree of precision for the measured strain were also discussed. The characteristics of residual stress in LPCVD polysilicon films were studied using these test structures. The stress gradient due to the stress variation through the film thickness was calculated by measuring the deflection at the cantilever free end.
Arani, Ali Ghorbanpour;Navi, Borhan Rousta;Mohammadimehr, Mehdi
Steel and Composite Structures
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v.41
no.6
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pp.805-820
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2021
In this research, the buckling and free vibration of three-phase carbon nanotubes/ fiber/ polymer piezoelectric nanocomposite face sheet sandwich microbeam with microsensor and micro-actuator surrounded in elastic foundation based on modified couple stress theory (MCST) is investigated. Three types of porous materials are considered for sandwich core. Higher order (Reddy) and sinusoidal shear deformation beam theories are employed for the displacement fields. Sinusoidal surface stress effects are extracted for sinusoidal shear deformation beam theory. The equations of motion are derived by Hamilton's principle and then the natural frequency and critical buckling load are obtained by Navier's type solution. The determined results are in good agreement with other literatures. The detailed numerical investigation for various parameters is performed for this microsensor-microactuator. The results reveal that the microsensor-microactuator enhanced by increasing of Skempton coefficient, carbon nanotubes diameter length to thickness ratio, small scale factor, elastic foundation, surface stress constants and reduction in porous coefficient, micro-actuator voltage and CNT weight fraction. The valuable results can be expedient for micro-electro-mechanical (MEMS) and nano-electro-mechanical (NEMS) systems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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