Seo Young-Soo;Jeong Weui-Bong;Yoo Wan-Suk;Jeong Ho-Kyeong
Journal of Mechanical Science and Technology
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제19권2호
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pp.625-633
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2005
A finite element vibration analysis of thin-walled cylindrical shells conveying fluid with uniform velocity is presented. The dynamic behavior of thin-walled shell is based on the Sanders' theory and the fluid in cylindrical shell is considered as inviscid and incompressible so that it satisfies the Laplace's equation. A beam-like shell element is used to reduce the number of degrees-of-freedom by restricting to the circumferential modes of cylindrical shell. An estimation of frequency response function of the pipe considering of the coupled effects of the internal fluid is presented. A dynamic coupling condition of the interface between the fluid and the structure is used. The effective thickness of fluid according to circumferential modes is also discussed. The influence of fluid velocity on the frequency response function is illustrated and discussed. The results by this method are compared with published results and those by commercial tools.
This paper deals with the dynamic stability of nanocomposite pipes conveying pulsating ferrofluid. The pipe is reinforced by carbon nanotubes (CNTs) where the agglomeration of CNTs are considered based on Mori-Tanaka model. Due to the existence of CNTs and ferrofluid flow, the structure and fluid are subjected to axial magnetic field. Based on Navier-Stokes equation and considering the body forced induced by magnetic field, the external force of fluid to the pipe is derived. For mathematical modeling of the pipe, the first order shear deformation theory (FSDT) is used where the energy method and Hamilton's principle are used for obtaining the motion equations. Using harmonic differential quadrature method (HDQM) and Bolotin's method, the motion equations are solved for calculating the excitation frequency and dynamic instability region (DIR) of the structure. The influences of different parameters such as volume fraction and agglomeration of CNTs, magnetic field, structural damping, viscoelastic medium, fluid velocity and boundary conditions are shown on the DIR of the structure. Results show that with considering agglomeration of CNTs, the DIR shifts to the lower excitation frequencies. In addition, the DIR of the structure will be happened at higher excitation frequencies with increasing the magnetic field.
This paper considers a pipeline conveying one-dimensional unsteady flow inside. The dynamics of the fluid-pipe system is represented by two coupled equations of motion for the transverse and axial displacements, which are linearized from a set of partial differential equations which consists of the axial and transverse equations of motion of the pipeline and the equations of momentum and continuity of the internal flow. Because of the complex nature of fluid-pipe interactive mechanism, a very accurate solution method is required to get sufficiently accurate dynamic characteristics of the pipeline. In the literatures, the finite element models have been popularly used for the problems. However, it has been well recognized that finite element method (FEM) may provide poor solutions especially at high frequency. Thus, in this paper, a spectral element model is developed for the pipeline and its accuracy is evaluated by comparing with the solutions by FEM.
In this paper, a spectral element model is developed for the uniform straight pipelines conveying internal unsteady fluid. The spectral element matrix is formulated by using the exact frequency-domain solutions of the pipe-dynamics equations. The spectral element dynamic analyses are then conducted to evaluate the accuracy of the present spectral element model and to investigate the vibration characteristics and internal fluid transients of an example pipeline system.
The effect of rotary inertia of concentrated masses on the natural vibration of the simply supported-simply supported fluid conveying pipe has been studied. For the analysis Galerkin's method is used fer transformation of the governing equation to the eigenvalue problem and the natural frequencies and mode shapes for the system have been found. Introduction of rotary inertia results in lots of change on the natural frequencies and mode shapes and its effect is highly noticed at the higher natural frequencies and mode shapes. Consideration of rotary inertia results in much decrease on the natural frequencies and its neglect could lead to erroneous results.
A method for the vibration analysis of curved beam conveying fluid with uniform velocity was presented. The dynamics of curved beam is based on the inextensible theory. Both in-plane motion and out-of-plane motion of curved beam were discussed. The finite element method was formulated to solve the governing equations. The natural frequencies calculated by the presented method were compared with those by analytical solution, straight beam theories and Nastran. As the velocity of fluid becomes larger, the results by straight beam model became different from those by curved beam model. And it was shown that the curved beam element should be used to predict the critical velocity of fluid exactly. The influence of fluid velocity on the frequency response function was also discussed.
Static and oscillatory loss of stability of composite pipes conveying fluid is investigated. The theory of thin walled beams is applied and transverse shear, rotary inertia, primary and secondary warping effects are incorporated. The governing equations and the associated boundary conditions are derived through Hamilton's variational principle. The governing equations and the associated boundary conditions are transferred to eigenvalues problem which provides the information about the dynamic characteristics of the system. Numerical analysis is performed by using extended Gelerkin method. Critical velocity of fluid is investigated by increasing fiber angle and mass ratio of fluid to pipe including fluid.
Concrete pipelines are the most efficient and safe means for gas and oil transportation over a long distance. The use of nano materials and nono-engineering can be considered for enhancing concrete pipelines properties. the tests show that $SiO_2$ nanoparticles can improve the mechanical behavior of concrete. Moreover, severe hazard for pipelines is seismic ground motion. Over the years, scientists have attempted to understand pipe behavior against earthquake most frequently via numerical modeling and simulation. Therefore, in this paper, the dynamic response of underwater nanocomposite submerged pipeline conveying fluid is studied. The structure is subjected to the dynamic loads caused by earthquake and the governing equations of the system are derived using mathematical model via Classic shell theory and Hamilton's principle. Navier-Stokes equation is employed to calculate the force due to the fluid in the pipe. As well, the effect of external fluid is modeled with an external force. Mori-Tanaka approach is used to estimate the equivalent material properties of the nanocomposite. 1978 Tabas earthquake in Iran is considered for modelling seismic load. The dynamic displacement of the structure is extracted using differential quadrature method (DQM) and Newmark method. The effects of different parameters such as $SiO_2$ nanoparticles volume percent, boundary conditions, thickness to radius ratios, length to radius ratios, internal and external fluid pressure and earthquake intensity are discussed on the seismic response of the structure. From results obtained in this paper, it can be found that the dynamic response of the pipe is increased in the presence of internal and external fluid. Furthermore, the use of $SiO_2$ nanoparticles in concrete pipeline reduces the displacement of the structure during an earthquake.
Concrete pipelines are the most efficient and safe means for gas and oil transportation over a long distance. The use of nano materials and nono-engineering can be considered for enhancing concrete pipelines properties. the tests show that SiO2 nanoparticles can improve the mechanical behavior of concrete. Moreover, severe hazard for pipelines is seismic ground motion. Over the years, scientists have attempted to understand pipe behavior against earthquake most frequently via numerical modeling and simulation. Therefore, in this paper, the dynamic response of underwater nanocomposite submerged pipeline conveying fluid is studied. The structure is subjected to the dynamic loads caused by earthquake and the governing equations of the system are derived using mathematical model via Classic shell theory and Hamilton's principle. Navier-Stokes equation is employed to calculate the force due to the fluid in the pipe. As well, the effect of external fluid is modeled with an external force. Mori-Tanaka approach is used to estimate the equivalent material properties of the nanocomposite. 1978 Tabas earthquake in Iran is considered for modelling seismic load. The dynamic displacement of the structure is extracted using differential quadrature method (DQM) and Newmark method. The effects of different parameters such as SiO2 nanoparticles volume percent, boundary conditions, thickness to radius ratios, length to radius ratios, internal and external fluid pressure and earthquake intensity are discussed on the seismic response of the structure. From results obtained in this paper, it can be found that the dynamic response of the pipe is increased in the presence of internal and external fluid. Furthermore, the use of SiO2 nanoparticles in concrete pipeline reduces the displacement of the structure during an earthquake.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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