• International Journal of Fluid Machinery and Systems
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• 제3권4호
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• pp.342-351
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• 2010

During the operation of a hydro turbine the fluid mechanical pressure loading on the turbine blades provides the driving torque on the turbine shaft. This fluid loading results in a structural load on the component which in turn causes the turbine blade to deflect. Classically, these mechanical stresses and deflections are calculated by means of finite element analysis (FEA) which applies the pressure distribution on the blade surface calculated by computational fluid dynamics (CFD) as a major boundary condition. Such an approach can be seen as a one-way coupled simulation of the fluid structure interaction (FSI) problem. In this analysis the reverse influence of the deformation on the fluid is generally neglected. Especially in axial machines the blade deformation can result in a significant impact on the turbine performance. The present paper analyzes this influence by means of fully two-way coupled FSI simulations of a propeller turbine utilizing two different approaches. The configuration has been simulated by coupling the two commercial solvers ANSYS CFX for the fluid mechanical simulation with ANSYS Classic for the structure mechanical simulation. A detailed comparison of the results for various blade stiffness by means of changing Young's Modulus are presented. The influence of the blade deformation on the runner discharge and performance will be discussed and shows for the configuration investigated no significant influence under normal structural conditions. This study also highlights that a two-way coupled fluid structure interaction simulation of a real engineering configuration is still a challenging task for today's commercially available simulation tools.

• 대한조선학회 특별논문집
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• 대한조선학회 2017년도 특별논문집
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• pp.80-87
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• 2017

This paper is related to structural assessment considering the hydroelastic response of ultra large container ships, especially from whipping (bow or stern impacts) and from springing (resonance). In general, whipping contributes both to increased fatigue and extreme loading, while springing does mainly contribute to increased fatigue loading. To evaluate the hydroelastic response quantitatively with high accuracy, numerical code considering hydro-structure coupling was applied and fatigue strength of a 13,100 TEU class containership was verified. The segmented model test and full scale measurement were also needed to assess the effect of whipping and springing on the fatigue and extreme capacity in more realistic way and for verification of the numerical tools. With reference to class rule, fatigue assessment considering springing effect and extreme assessment considering whipping effect were introduced.

• 터널과지하공간
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• 제33권4호
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• pp.265-280
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• 2023

터널누수는 주변지반의 응력 및 간극수압을 변화시켜 터널 안정성 및 지반변형에 영향을 미칠 수 있는 결함요소이다. 장기간 또는 큰 규모의 누수발생은 터널 라이닝의 불안정성 및 지표침하와 같은 터널 구조물 및 주변지반 환경에 손상을 일으킬 수 있다. 본 연구에서는 누수발생 시 터널의 구조 안정성 및 지반거동에 미치는 영향을 수치해석적으로 분석하였다. 고려된 터널은 내부로 주변 지하수의 유입을 허용하지 않는 비배수 조건으로 가정하였고 터널 완공 후 라이닝에서 누수가 발생하는 것으로 설정하였다. 누수로 인한 터널 구조물 및 지반의 거동을 모사하기 위해 수리역학 연계해석이 수행되었으며 파이썬으로 개발된 TOUGH-FLAC 시뮬레이터가 사용되었다. 누수 발생량과 누수위치를 변화시켜 수치모사가 수행되었으며 수리역학 해석을 위한 연계항들이 복합거동 결과에 미치는 영향을 조사하였다.

• Coupled systems mechanics
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• 제9권2호
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• pp.125-145
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• 2020

In this paper, we present a 3D thermo-hydro-mechanical coupled discrete beam lattice model of structure built of the nonisothermal saturated poro-plastic medium subjected to mechanical loads and nonstationary heat transfer conditions. The proposed model is based on Voronoi cell representation of the domain with cohesive links represented as inelastic Timoshenko beam finite elements enhanced with additional kinematics in terms of embedded strong discontinuities in axial and both transverse directions. The enhanced Timoshenko beam finite element is capable of modeling crack formation in mode I, mode II and mode III. Mode I relates to crack opening, mode II relates to in-plane crack sliding, and mode III relates to the out-of-plane shear sliding. The pore fluid flow and heat flow in the proposed model are governed by Darcy's law and Fourier's law for heat conduction, respectively. The pore pressure field and temperature field are approximated with linear tetrahedral finite elements. By exploiting nodal point quadrature rule for numerical integration on tetrahedral finite elements and duality property between Voronoi diagram and Delaunay tetrahedralization, the numerical implementation of the coupling results with additional pore pressure and temperature degrees of freedom placed at each node of a Timoshenko beam finite element. The results of several numerical simulations are presented and discussed.

• 터널과지하공간
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• 제8권3호
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• pp.184-193
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• 1998

방사성 폐기물의 안전한 처분을 위해서는 암반의 역학적, 열적, 유체 거동 뿐 아니라 암반과 물 사이의 물리 화학적 상호작용을 이해할 필요가 있다. 또한 지질구조, 지하현지응력, 습곡, 열수작용, 마그마의 관입, 판구조 등과 같은 많은 조건을 모델링하고 예측하기 위해서는 암석의 역학적, 수리적 특성을 알아야 한다. 이 연구는 심부 암반에 폐기물 처분과 관련된 암석역학적인 사항들에 대해 연구들에 기초하고 있다. 이 논문은 변하는 온도 상태에서 암반의 역학적 수리적 거동, 암반의 열-수리-역학적 상호작용 해석과 불연속 암석의 거동 특성 등을 포함한다. 역학적 특성은 Interaken 암석역학 시험 시스템으로 측정되었으며, 수리적 특성에는 순간 증압 투수계수 측정 시스템이 사용되었다. 모든 결과에서 암석 특성은 온도 변화에 민감함을 보였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제10권4호
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• pp.397-404
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• 2008

본 연구는 인천국제공항철도 신설 공사구간 중 서울지하철 2호선 하부에서 TRcM 공법으로 통과하는 구간의 수리 및 굴착 안정성에 대해 검토한 내용이다. 본 검토 대상 구간에서는 터널 굴착과정에서 하루 최대 86.4 ton의 예상치 못한 과다 용출수가 발생하였으며, 과다 용출수의 발생에 대한 원인 분석을 위해 관측정에서 계측된 지하수위 저하거동과 가장 적합한 수리해석 파라미터를 찾기 위한 수리 역해석을 실시하였다. 본 수리 역해석에서는 TRcM 구간에 접한 홍익대학교 정거장 굴착시의 측정된 자료중 TRcM 구간 굴착전까지의 지하수위 계측결과를 사용하였다. 암종별 수리전도계수와 서울지하철 2호선의 배수경계조건, 과업구간의 강우강도 등을 변화시켜가며 수리 역해석을 수행하였다. 그 결과 계측된 자료와 유사한 최종 지하수위 및 지하수위 저하 경향을 보이는 수리해석 조건을 얻을 수 있었다. 다음, 지반의 굴착에 의한 역학적 영향을 분석하기 위해 지하수를 고려하지 않은 역학적 해석을 수행하였다. 순수 역학적 해석 결과, 지표침하 0.85 mm, TRcM 구간 천단침하 1.32 mm 발생하는 것으로 나타났으며, 복합거동 해석결과 지표침하 1.2 mm, TRcM 구간 최대 천단침하 1.72 mm으로 나타나 지하수위 저하에 의해 추가 변위가 발생하나 침하량이 크지 않아 안정성에는 영향이 없는 것으로 분석되었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제15권3호
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• pp.161-176
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• 1999

본 논문에서는 기존의 불연속 변형 해석(DDA) 방법에 대한 세가지 방향의 새로운 개선 방법들이 제시되었다. 이 개선 방법들은 암반 균열에서 암석 블록과 지하수 흐름의 수리-역학적 커플링, 연속적인 하중 재하 또는 제하, 그리고 록볼트, 숏크리트와 콘크리트 라이닝에 의한 보강으로 구성되었다. Shi (1988)와 Lin (1995)에 의한 기존 DDA 프로.그램은 이 방법들에 의하여 추가로 개선되었으며, 이 새로운 DDA프로그램에 대한 몇 가지 적용예들이 제시되었다. 또한, 경부고속철도 공사의 일부인 운주 터널의 지하굴착에 대한 시뮬레이션을 통하여 절리를 통한 지하수의 흐름, 굴착순서, 그리고 록볼트와 숏크리트에 의한 보강이 터널안정에 미치는 영향을 연구하였다. 그 결과 절리를 통한 지하수의 흐름과 부적절한 굴착순서는 터널의 안정성에 악영향을 미치나, 한편 록볼트와 숏크리트에 의한 보강은 터널을 안정화 시킨다는 사실을 밝혀냈었다. 그 결과 세가지 개선방법이 추가된 DDA프로그램은 지하구조물 설계에 있어서 유용한 해석방법으로 사용될 수 있다는 사실을 보여주었다.

• Macromolecular Research
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• 제16권6호
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• pp.517-523
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• 2008

A RGD (Arg-Gly-Asp) conjugated chitosan hydrogel was used as a cell-supporting scaffold for articular cartilage regeneration. Thermosensitive chitosan-Pluronic (CP) has potential biomedical applications on account of its biocompatibility and injectability. A RGD-conjugated CP (RGD-CP) copolymer was prepared by coupling the carboxyl group in the peptide with the residual amine group in the CP copolymer. The chemical structure of RGD-CP was characterized by $^1H$ NMR and FT IR. The concentration of conjugated RGD was quantified by amino acid analysis (AAA) and rheology of the RGD-CP hydrogel was investigated. The amount of bound RGD was $0.135{\mu}g$ per 1 mg of CP copolymer. The viscoelastic parameters of RGD-CP hydrogel showed thermo-sensitivity and suitable mechanical strength at body temperature for cell scaffolds (a> 100 kPa storage modulus). The viability of the bovine chondrocyte and the amount of synthesized glycosaminoglycans (GAGs) on the RGD-CP hydrogels were evaluated together with the alginate hydrogels as a control over a 14 day period. Both results showed that the RGD-CP hydrogel was superior to the alginate hydrogel. These results show that conjugating RGD to CP hydro gels improves cell viability and proliferation, including extra cellular matrix (ECM) expression. Therefore, RGD conjugated CP hydrogels are quite suitable for a chondrocyte culture and have potential applications to the tissue engineering of articular cartilage tissue.