Tall buildings have been traditionally designed to be symmetric rectangular, triangular or circular in plan, in order to avoid excessive seismic-induced torsional vibrations due to eccentricity, especially in seismic-prone regions like Japan. However, recent tall building design has been released from the spell of compulsory symmetric shape design, and free-style design is increasing. This is mainly due to architects' and structural designers' challenging demands for novel and unconventional expressions. Another important aspect is that rather complicated sectional shapes are basically good with regard to aerodynamic properties for crosswind excitations, which are a key issue in tall-building wind-resistant design. A series of wind tunnel experiments and numerical simulation have been carried out to determine aerodynamic forces and wind pressures acting on tall building models with various configurations: corner cut, setbacks, helical and so on. Dynamic wind-induced response analyses of these models have also been conducted. The results of these experiments have led to comprehensive understanding of the aerodynamic characteristics of tall buildings with various configurations.
페어링은 상용차가 주행 시 전면부에서 발생하는 유동박리의 저항을 제어하여 상용차 공기 저항력을 감소시키는 장치이다. 본 연구에서는 랭킨 반체 이론을 적용하여 3D페어링 형상을 설계하고 공력 해석을 통해 설계 결과를 검증하였다. 그리고 페어링의 구조적 안전성을 위해 상용차 과속조건과 돌풍 조건을 함께 고려하여 공력하중을 도출하였다. 이러한 공력 해석 결과를 기반으로 유리섬유/에폭시 복합재료를 적용하여 안전계수 3을 만족하는 페어링 구조 설계를 수행하였다. 최종 본 연구에서 가장 경량화된 페어링의 구조 해석을 수행하여 구조 안전성이 확인되었다.
Research to date has mainly focused on structural analysis and design of wind turbines considering turbulent aerodynamic loading. The combined effects of wind and seismic loading have not been studied by many researchers. With the recent expansion of wind turbines into seismically active regions research is now needed into the implications of seismic loading coupled with turbulent aerodynamic loading. This paper proposes a monitoring procedure for onshore horizontal axis wind turbines (HAWTs) subjected to this combined loading regime. The paper examines the impact of seismic loading on the 5-MW baseline HAWT developed by the National Renewable Energy Laboratory (NREL). A modified version of FAST, an open-source program developed by NREL, is used to perform the dynamic analysis.
The paper describes the work of the IAWE Working Group WBG - Reliability and Code Level, one of the International Codification Working Groups set up at ICWE10 in Copenhagen. The following topics are covered: sources of uncertainties in the design wind load, appropriate design target values for the exceedance probability of the design wind load for different structural classes with different consequences of a failure, yearly exceedance probability of the design wind speed and specification of the design aerodynamic coefficient for different design purposes. The recommendations from the working group are summarized at the end of the paper.
In this study, the reliablility based design optimization is peformed for an aircraft wing. The flexiblility of the wing was assumed by considering the interaction modeled by static aeroelasticity between aerodynamic forces and the structure. For a multidisciplinary design optimization the results of aerodynamic analysis and structural analysis were included in the optimization formulation. The First Order Reliability Method(FORM) was employed to consider the uncertainty of the designed points.
Montoya, Miguel Cid;Nieto, Felix;Hernandez, Santiago
Wind and Structures
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제32권4호
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pp.355-369
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2021
Shape optimization of tall buildings is an efficient approach to mitigate wind-induced effects. Several studies have demonstrated the potential of shape modifications to improve the building's aerodynamic properties. On the other hand, it is well-known that the cross-section geometry has a direct impact in the floor area availability and subsequently in the building's profitability. Hence, it is of interest for the designers to find the balance between these two design criteria that may require contradictory design strategies. This study proposes a surrogate-based multi-objective optimization framework to tackle this design problem. Closed-form equations provided by the Eurocode are used to obtain the wind-induced responses for several wind directions, seeking to develop an industry-oriented approach. CFD-based surrogates emulate the aerodynamic response of the building cross-section, using as input parameters the cross-section geometry and the wind angle of attack. The definition of the building's modified plan shapes is done adopting the reduced basis approach, advancing the current strategies currently adopted in aerodynamic optimization of civil engineering structures. The multi-objective optimization problem is solved with both the classical weighted Sum Method and the Weighted Min-Max approach, which enables obtaining the complete Pareto front in both convex and non-convex regions. Two application examples are presented in this study to demonstrate the feasibility of the proposed strategy, which permits the identification of Pareto optima from which the designer can choose the most adequate design balancing profitability and occupant comfort.
Wind-adaptable design (WAD) provides a new method for super-tall buildings to lessen design conflicts between architectural prerequisites and aerodynamic requirements, and to increase the efficiency of structural system. Compared to conventional wind-resistant design approach, the proposed new method is to design a building in two consecutive stages: a stage in normal winds and a stage during extreme winds. In majority of time, the required structural capacity is primarily for normal wind effects. During extreme wind storms, the building's capacity to wind loads is reinforced by on-demand operable flow control measures/devices to effectively reduce the loads. A general procedure for using WAD is provided, followed by an exploratory case study to demonstrate the application of WAD.
To explore the favorable structural system of cable-stayed bridges with ultra-kilometer main span, based on a fully self-anchored cable-stayed bridge with 1400 m main span, a partially earth-anchored cable-stayed bridge scheme with the same main span is designed. Numerical investigation on the dynamic characteristics, aerostatic and aerodynamic stability of both two bridge schemes is conducted, and the results are compared to those of a suspension bridge with similar main span, and considering from the aspect of wind stability, the feasibility of using partially earth-anchored cable-stayed bridge in super long-span bridges with ultra-kilometer main span is discussed. Moreover, the effects of structural design parameters including the length of earth-anchored girder, the number of auxiliary piers in side span, the height and width of girder, the tower height etc on the dynamic characteristics, aerostatic and aerodynamic stability of a partially earth-anchored cable-stayed bridge are analyzed, and their reasonable values are proposed. The results show that as compared to fully self-anchored cable-stayed bridge and suspension bridge with similar main span, the partially earth-anchored cable-stayed bridge has greater structural stiffness and better aerostatic and aerodynamic stability, and consequently becomes a favorable structural system for super long-span bridges with ultra-kilometer main span. The partially earth-anchored cable-stayed bridge can achieve greater stiffness and better wind stability under the cases of increasing the earth-anchored girder length, increasing the height and width of girder, setting several auxiliary piers in side span and increasing the tower height.
본 연구에서는 한국형기동헬기(KUH) 주로터 블레이드의 축소 설계를 수행하였다. 축소 모델은 공력하중, 익단 와류 및 소음원 측정 시험을 위해 설계되었다. 실제 로터와 동일한 공력 하중을 모사하기 위하여 마하스케일링 기법이 적용되었다. 마하스케일 모델은 블레이드의 익단 마하수가 동일하며, 정규화된 진동수 또한 동일하다. 즉, 마하스케일된 모델은 공력하중 및 구조동역학적 과점에서 상사된 모델이다. 공기역학적 축소과정은 외형 치수의 축소와 회전수의 증가를 통해 완료된다. 구조동역학적 측면에서는 블레이드 단면 설계를 통해 생성된 강성 및 관성 분포가 실제 로터의 회전고유진동수 분포를 나타내는지 확인하는 과정을 통해 완료된다. 본 연구에서는 국내에서 수급 가능한 복합재 프리프레그를 이용한 블레이드 단면 설계를 수행하고, 설계된 모델의 동역학적 특성을 고찰하였다.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제9권2호
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pp.143-149
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2016
In this study, a method for the multi-objective optimization of an impeller for a centrifugal compressor using fluid-structure interaction (FSI) and response surface method (RSM) was proposed. Numerical simulation was conducted using ANSYS CFX and Mechanical with various configurations of impeller geometry. Each design parameter was divided into 3 levels. A total of 15 design points were planned using Box-Behnken design, which is one of the design of experiment (DOE) techniques. Response surfaces based on the results of the DOE were used to find the optimal shape of the impeller. Two objective functions, isentropic efficiency and equivalent stress were selected. Each objective function is an important factor of aerodynamic performance and structural safety. The entire process of optimization was conducted using the ANSYS Design Xplorer (DX). The trade-off between the two objectives was analyzed in the light of Pareto-optimal solutions. Through the optimization, the structural safety and aerodynamic performance of the centrifugal compressor were increased.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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