This paper discusses the processing of the wind loads measured in wind tunnel tests by means of multi-channel pressure scanners, in order to compute the response of 3D structures to atmospheric turbulence in the time domain. Data compression and the resulting computational savings are still a challenge in industrial contexts due to the multiple trial configurations during the construction stages. The advantage and robustness of the bi-orthogonal decomposition (BOD) is demonstrated through an example, a sail glass of the Fondation Louis Vuitton, independently from any tentative physical interpretation of the spatio-temporal decomposition terms. We show however that the energy criterion for the BOD has to be more rigorous than commonly admitted. We find a level of 99.95 % to be necessary in order to recover the extreme values of the loads. Moreover, frequency limitations of wind tunnel experiments are sometimes encountered in passing from the scaled model to the full scale structure. These can be alleviated using a spectral extension of the temporal function terms of the BOD.
Compression waves propagating in a high-speed railway tunnel develops large pressure fluctuations on the train body or tunnel structures. The pressure fluctuations would cause an ear discomfort for the passengers and increase the aerodynamic resistance of trains. As a fundamental research to resolve the pressure wave phenomenon in the tunnel, experiments were carried out by using a shock tube with an open end. A blockage to model trains inside the tunnel was installed on the lower wall of shock tube, thus forming a sudden cross-sectional area reduction. The compression waves were obtained by the fast opening gate valve instead of a conventional diaphragm of shock tube and measured by the flush mounted pressure transducers with a high sensitivity. The experimental results were compared with the previous theoretical analyses. The results show that the ratio of the reflected to the incident compression wave at the sudden cross-sectional area reduction increases but the ratio of the passing to the incident compression wave decreases, as the incident compression wave becomes stronger. This experimental results are in good agreements with the previous theoretical ones. The maximum pressure gradient of the compression wave abruptly increases but the width of the wave front does not vary, as it passes over the sudden cross-sectional area reduction.
For protection of the thruster against mechanical damage and reduction of tunnel resistance at ship forward speed, the tunnel grids are normally installed. Some of ship operators however, have a strong distrust of the protective function of the tunnel grids and so they do not want to install the protective grids for higher thruster efficiency. Since the grids should be installed at very close to the side shell as far as possible in due consideration of flow direction to minimize additional resistance induced by tunnel openings, it has been too hard and time consuming work to install the grids on the curved and chamfered tunnel entrances considering its relatively low resistance reduction effect. DSME (Daewoo Shipbuilding & Marine Engineering Co., Ltd) developed a substituting device named TG (Tunnel Guides) for bow thruster tunnel grids which is characterized by higher resistance reduction, higher thruster efficiency and easy to installation. This paper provides the principle idea of the TG with short history of the development using CFD calculations and model experiments in MOERI (former KRISO).
Johannes Strecha;Stanislav Pospisil;Herbert Steinruck
Wind and Structures
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제39권1호
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pp.31-45
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2024
This paper examines the flow characteristics around an inclined prism with a U-shaped cross-section ("U-profile") and investigates the connection between the flow and flow-induced vibrations. The study employs a combined approach that involves wind tunnel experiments and computational fluid dynamics (CFD) using an unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) turbulence model. Distinct vortex formation patterns are observed in the flow field surrounding the stationary inclined profile. When the cavity of the profile faces away from the incoming flow, large vortices develop behind the profile. Conversely, when the cavity is oriented towards the oncoming flow, these vortices form within the cavity. Notably, due to the slow movement of these large vortices through the cavity, the frequency at which vortices are shed in the negative inclination case is lower compared to the positive inclination, where they form in the wake. Wind tunnel experiments reveal an intermittent transition between the two vortex formation patterns at zero inclination. Large vortices sporadically emerge both in the cavity and behind the profile. The simulation results demonstrate that when these large vortices occur at a frequency close to the structure's natural frequency, they induce prominent pitch vibrations. This phenomenon is also sought after and presented in coupled vibration experiments. Additionally, the simulations indicate that when the natural frequency of the structure is considerably lower than the vortex shedding frequency, this type of vibration can be observed.
To investigate the safety and stability of the concrete lining, numerous studies have been conducted over the years and several methods have been developed. Most signal processing method of NDT techniques has based on the Fourier analysis. However, the application of Fourier analysis to analyze recorded signal shows results only in frequency domain, it is not enough to analyze transient waves precisely. In this study, a new NDT technique .using the wavelet theory was employed for the analysis of non-stationary wave propagation induced by mechanical impact in the concrete lining. The wavelet transform of transient signals provides a method for mapping the frequency spectrum as a function of time. To verify the availability of wavelet transform as a time- frequency analysis tool, model experiments have been conducted on the concrete lining model. From this study, it was found that the contour map by Wavelet transform provides more distinct results than the power spectrum by Fourier transform and it was concluded that Wavelet transform was an effective tool for the experimental analysis of dispersive waves in concrete structures.
Wind tunnel tests are performed so as to investigate the aerodynamic drag characteristics of HEMU-400x, next generation Korean high speed train. The experiments of 1/20 scaled 5-car train model are done at 30, 40, 50, 60m/s with a normal bogie, a bogie cover, and a streamlined shape. The flat plate with knife edge are installed to minimize the effect of boundary layer of wind tunnel for the train model. The aerodynamic drag reduction was more by a streamlined shape than by a bogie cover from a normal bogie. Based on the experimental results, the aerodynamic drag of HEMU-400x test train(6-car) was predicted. It is prediceted that More bogie cover could reduce more aerodynamic drag of the test train in replacement of normal bogies.
Safety concern is one of the most important parameters in the design of explosive building demolition. Laboratory experiments were performed to investigate the failure behaviour of concrete columns and the effects of protection materials. Fourteen reinforced columns with two sizes were constructed and the effects of protection materials were tested for two kinds of materials: non woven fabrics and wire net. The results showed that control of gas effects is a key to the control of flying chips. It was recommended to use both wire net and non woven fabrics as primary and secondary protection materials. Such protection method was successfully applied to the explosive demolition of 16 and 17-strory apartment buildings.and the results of a simulation on a model tunneling workings using diesel equipments are introduced. In case of typical model of tunneling face, the gas concentration of human height is about one third of roof concentration and right side half of the tunnel shows better environment than left half. NOx concentration of workings can be estimated about 0.45ppm which is much lower than permissible level(5 ppm).
Bridge hanger vibrations have been reported under icy conditions. In this paper, the results from a series of static and dynamic wind tunnel tests on a circular cylinder representing a bridge hanger with simulated thin ice accretions are presented. The experiments focus on ice accretions produced for wind perpendicular to the cylinder at velocities below 30 m/s and for temperatures between $-5^{\circ}C$ and $-1^{\circ}C$. Aerodynamic drag, lift and moment coefficients are obtained from the static tests, whilst mean and fluctuating responses are obtained from the dynamic tests. The influence of varying surface roughness is also examined. The static force coefficients are used to predict parameter regions where aerodynamic instability of the iced bridge hanger might be expected to occur, through use of an adapted theoretical 3-DOF quasi-steady galloping instability model, which accounts for sectional axial rotation. A comparison between the 3-DOF model and the instabilities found through two degree-of-freedom (2-DOF) dynamic tests is presented. It is shown that, although there is good agreement between the instabilities found through use of the quasi-steady theory and the dynamic tests, discrepancies exist-indicating the possible inability of quasi-steady theory to fully predict these vibrational instabilities.
이 연구에서는 터널 시공 시 터널 배수관으로 유입되는 미세입자의 흐름과 이에 의한 물리/화학적 폐색현상에 따른 터널배수재의 성능저하를 PVDF film의 진동을 이용하여 성능을 향상시키는 방법의 적용 가능성에 대해 실내실험을 통하여 고찰하였다. 연구에서 터널로 유입되는 미세입자 슬러리 유입의 터널 환경을 모사하여 진행하였고 PVDF film을 이용한 기초 실험과 배수재를 모사한 모형실험으로 나누어 수행하였다. 기초 실험에서는 PVDF film에 50% 함수비(민물과 바닷물)의 점토를 흘려 주파수별 점토 슬러리의 흐름특성에 대한 효율성을 고찰하였으며 배수재 모사 실험에서는 배수관에 부직포를 부착시켜 슬러리의 흐름과 막힘 현상 해소에 대한 진동 효과를 고찰하였다. 실험결과는 진동에 의한 배수재의 배수성능, 즉 슬러리의 흐름과 막힘 해소현상이 아주 높게 나타났다. 이상의 실험결과를 종합하여 배수관을 기존 배수재와 융합, 응용, 활용할 수 있는 하이브리드 배수시스템을 개발할 수 있는 기초 자료를 확립하였다.
Windbreak forests, which have a windproof effect against strong winds, are known to be effective in reducing the spread of odors and dust emitted from livestock farms. The effect of reducing the spread of odors and dust can be estimated through numerical models such as computational fluid dynamics, which require aerodynamic coefficients of the windbreaks for accurate prediction of their performance. In this study, we aimed to evaluate the aerodynamic coefficients, Co, C1, C2, and α, of two windbreaks, Thuja occidentalis and a mesh net, through wind tunnel experiments. The aerodynamic coefficients were derived by the relation between the incoming wind speed and the pressure loss due to the windbreaks which was measured by differential pressure sensors. In order to estimate the change in the aerodynamic coefficient concerning various leaf density, the experiments were conducted repeatedly by removing the leaves gradually in various stages. The results showed that the power law regression model more suitable for coefficient evaluation compared to the Darcy-Forchheimer model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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