• Korea-Australia Rheology Journal
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• 제18권2호
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• pp.109-118
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• 2006

A finite-element method was employed to analyze axisymmetric unsteady motion of a deformable bubble near the wall. In the present study a deformable bubble in a Newtonian medium near the wall was considered. In solving the governing equations a structured mesh generator was used to describe the collapse of highly deformed bubbles with the Arbitrary Lagrangian Eulerian (ALE) method being employed in order to capture the transient bubble boundary effectively. In order to check the accuracy of the present FE analysis we compared the results of our FE solutions with the result of the collapse of spherical bubbles in a large body of fluid in which solutions can be obtained using a 1D FE analysis. It has been found that 1D and 2D bubble deformations are in good agreement for spherically symmetric problems confirming the validity of the numerical code. Non-spherically symmetric problems were also solved for the collapse of bubble located near a plane solid wall. We have shown that a microjet develops at the bubble boundary away from the wall as already observed experimentally. We have discussed the effect of Reynolds number and distance of the bubble center from the wall on the transient collapse pattern of bubble.

• 한국유체기계학회 논문집
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• 제14권3호
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• pp.39-44
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• 2011

In this study, performance analyses have been conducted for a 5MW class wind turbine blade model. Advanced computational analysis system based on computational fluid dynamics(CFD) and computational structural dynamics(CSD) has been developed in order to investigate detailed dynamic responsed of wind turbine blade. Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) equations with K-${\epsilon}$ turbulence model are solved for unsteady flow problems of the rotating turbine blade model. A fully implicit time marching scheme based on the Newmark direct integration method is used for computing the coupled aeroelastic governing equations of the 3D turbine blade for fluid-structure interaction (FSI) problems. Predicted aerodynamic performance considering structural deformation effect of the blade show different results compared to the case of rigid blade model.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2011년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.663-670
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• 2011

In this study, the design and verification of 6kW class lift-type vertical-axis wind turbine (VAWT) has been conducted using advanced CAE technique based on computational fluid dynamics (CFD), finite element method (FEM), and computational structural dynamics (CSD). Designed aerodynamic performance of the VAWT model is tested using unsteady CFD method. Designed structural safety is also tested through the evaluation of maximum induced stress level and resonance characteristics using FEM and CSD methods. It is importantly shown that the effect of master eccentricity due to rotational inertia needs to be carefully considered to additionally investigate dynamic stress and deformation level of the designed VAWT system.

• International Journal of Fluid Machinery and Systems
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• 제6권2호
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• pp.87-93
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• 2013

In order to study the effect of the fluid-structure interaction (FSI) on the simulation results, the external characteristics and internal flow features of a diffuser pump were analyzed with a two-way flow solid coupling method. And the static and dynamic structure analysis of the blade was also caculated with the FEA method. The steady flow field is based on Reynolds Averaged N-S equations with standard $k-{\varepsilon}$ turbulent model, the unsteady flow field is based on the large eddy simulation, and the structure response is based on elastic transient structural dynamic equation. The results showed that the effect of FSI on the head prediction based on CFD really exists. At the same radius, the van mises stress on the nodes closed shroud and hub was larger than other nodes. A large deformation region existed near inlet side at the middle of blades. The strength of impeller satisfied the strength requirement with static stress analysis based on the fourth strength theory. The dynamic stress varied periodically with the impeller rotating. It was also found that the fundamental frequency of the dynamic stress is the rotating frequency and its harmonic frequency. The frequency of maximum stress amplitude at node 1626 was 7 times of the rotating frequency. The frequency of maximum stress amplitude at node 2328 was 14 times of the rotating frequency. No matter strength failure or fatigue failure, the root of blades near shroud is the key region to analyse.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제85권1호
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• pp.105-118
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• 2023

The present work is an attempt to develop a simple and accurate finite element formulation for the assessment of thermal shock/thermally induced vibrations in pretwisted and tapered functionally graded material thin (FGM) blades obtained from Voigt and local representative volume elements (LRVE) homogenization models, based on neutral surface approach. The neutral surface of the FGM blade does not coincide with its mid-surface. A finite element model (FEM) is developed using first-order shear deformation theory (FSDT) and the FGM turbine blade is modelled according to the shallow shell theory. The top and the bottom layers of the FGM blade are made of pure ceramic and pure metal, respectively and temperature-dependent material properties are functionally graded in the thickness direction, the position of the neutral surface also depends on the temperature. The material properties are estimated according to two different homogenization models viz., Voigt or LRVE. The top layer of the FGM blade is subjected to high temperature and the bottom surface is either thermally insulated or kept at room temperature. The solution of the nonlinear profile of the temperature in the thickness direction is obtained from the Fourier law of heat conduction in the unsteady state. The results obtained from the present FEM are compared with the benchmark examples. Next, the effect of angle of twist, intensity of thermal shock, variable chord and span and volume fraction index on the transient response due to thermal shock obtained from the two homogenization models viz., Voigt and LRVE scheme is investigated. It is shown that there can be a significant difference in the transient response calculated by the two homogenization models for a particular set of material and geometric parameters.

• 대한기계학회논문집A
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• 제34권8호
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• pp.1067-1074
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• 2010

본 논문에서는, 운전조건에서의 저압최종단 블레이드에 대하여 약결합 유체-구조 연계해석기법을 이용한 해석이 수행되었다. 저압터빈 최종단에 대한 해석이전에 경계조건에 대한 검증을 위하여 15도 후퇴익과 NASA Rotor 37을 대상으로 예비해석이 수행되었다. 각각의 해석결과들을 기존 문헌들과 비교하였다. 15도 후퇴익에 대한 안정상태와 불안정상태에서 동적 FSI해석이 수행되었다. 해석결과 변위가 일정한 안정상태에 비하여 고속에서는 0.05 초 만에 발산하는 결과를 산출하였다. NASA Rotor 37의 정상상태 해석결과를 바탕으로 정적 동적 FSI 해석을 수행하여 뒷전의 변형크기에 대하여 정적 FSI 결과와 동적 FSI간의 차이가 있음을 확인하였다. 저압 최종단 블레이드의 형상측정 및 동특성시험을 바탕으로 해석모델을 생성하였다. 이를 바탕으로, 운전조건에서 저압최종단 블레이드에 대한 정적 유체-구조 연계해석을 성공적으로 수행하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제41권5호
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• pp.361-366
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• 2017

컴퓨팅 아키텍처와 응용 소프트웨어 기술의 발달로 최근에는 근사가 아닌 실제 물리계 모사라는 컴퓨터 시뮬레이션의 궁극 목표가 현실 이슈로 대두되고 있다. 본 논문에서는 미국 정부 주도 슈퍼컴퓨팅 기반 다물리 시뮬레이션 사업의 결과물로 나온 일리노이 대학의 일리노이 록스타라는 유체-구조-연소 연성 해석툴을 활용하여 충격파관 내의 금속판의 미소 시간 운동을 전산모사하고 기존 실험, 해석들과 비교하는 연구를 수행하였다. 전산유동해석은 정렬격자를 기반으로 하였고 구조해석은 대변형 선형탄성을 가정하였다. 또한 강한 연계 시간적분법이 적용된 알고리즘의 고도화로 인해 충격파 내 금속패널에 관한 높은 수준의 실험-계산 상관성을 보였다. 본 연구의 제한적인 검증연구를 확장하여 해석환경 내 추가 모듈들의 검증작업들과 코드개선을 통해 오픈소스 기반 연구개발 도구로서 활용할 예정이다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제54권8호
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• pp.629-641
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• 2021

본 연구에서는 2차원 수치모형(Nays2DH)을 적용하여 금강에 건설된 세종보를 중심으로 보 개방 후에 홍수량 변화에 의한 하도의 지형변화 과정을 분석하였다. 이를 위해 부등류, 부정류(단일사상), 연속홍수사상을 수문특성을 반영한 흐름조건으로 수치모의를 수행하였다. 부등류 수치모의 조건은 유황에 따른 정상유량으로 상류단 경계조건을 가정하였다. 부정류와 연속홍수사상의 경우에는 실제 홍수사상들로부터 정규 수문곡선 (normalized hydrograph)을 산정 한 후, 시나리오에 따른 첨두유량으로 정규 수문곡선을 재구성하여 상류단 유량으로 가정하였다. 본 연구에서는 지형학적 변화를 정량적으로 평가하기 위해 하상기복지수(BRI)를 산정하여 시간에 따른 하상변동을 분석하였으며, 연구지역의 항공사진과 수치모의 결과를 정성적으로 비교하였다. 부등류 수치모의 결과, 각 유황별 유량이 증가하면 하폭 대 수심의 비는 감소하고, 사주의 이동속도는 증가하였다. 하상기복지수는 초기에는 증가하지만, 시간이 증가함에 따라 변화량이 작아졌다. 또한 유량이 증가하면 하상기 복지수가 증가했다. 부정류 수치모의 결과 사주의 이동속도는 유량의 변화에 따라 감소했다. 또한 첨두홍수에 대한 지형적 반응에서 시간지체(time lag)가 발생했다. 즉, 부정류에서는 하상고의 변화는 수리학적 조건에 대하여 위상지연(Phase lag) 이 나타났다. 연속홍수사상 발생에 의한 부정류 수치모의 결과에서는 각각 첨두홍수 발생에 따른 사주의 이동속도는 홍수발생이 반복됨에도 불구하고 급격하게 감소했다. 또한 부정류 수치모의 결과와 마찬가지로 위상지연이 나타났으며 사주의 이동속도는 지수적으로 감소하는 특성을 보였다. 하상기복지수는 시간경과에 따라 증가하였으나, 첨두홍수가 연속으로 발생하였음에도 불구하고 하상기복지수의 증가율은 완만하였다. 본 연구를 통해 하천의 수문특성을 반영한 지형변화 과정을 수치모의를 수행하여 분석하였으며, 이를 통해 흐름특성에 따른 하상변동의 정량적인 예측모의를 현장에 적용할 수 있는 방법을 제시할 수 있을 것으로 판단된다.