Explicit design formulae of liquid column vibration absorber (LCVA) for suppressing harmonic vibration of structures with small inherent structural damping are developed in this study. The developed design formulae are also applicable to the design of a tuned mass damper (TMD) and a tuned liquid column damper (TLCD) for damped structures under harmonic force excitation. The optimum parameters of LCVA for suppressing harmonic vibration of undamped structures are first derived. Numerical searching of the optimum parameters of tuned vibration absorber system for suppressing harmonic vibration of damped structure is conducted. Explicit formulae for these optimum parameters are then obtained by a series of curve fitting techniques. The analytical result shows that the control performance of TLCD for reducing harmonic vibration of undamped structure is always better than that of non-uniform LCVA for same mass and length ratios. As for the effects of structural damping on the optimum parameters, it is found that the optimum tuning ratio decreases and the optimum damping ratio increases as the structural damping is increased. Furthermore, the optimum head loss coefficient is inversely proportional to the amplitude of excitation force and increases as the structural damping is increased. Numerical verification of the developed explicit design expressions is also conducted and the developed expressions are demonstrated to be reasonably accurate for design purposes.
Wake-induced aerodynamics of yawed circular cylinders with smooth and grooved surfaces in a tandem arrangement was studied. This pair of cylinders represent sections of stay-cables with smooth surfaces and high-voltage power conductors with grooved surfaces that are vulnerable to flow-induced structural failure. The study provides some insight for a better understanding of wake-induced loads and galloping problem of bundled cables. All experiments in this study were conducted using a pair of stationary section models of circular cylinders in a wind tunnel subjected to uniform and smooth flow. The aerodynamic force coefficients and vortex-shedding frequency of the downstream model were extracted from the surface pressure distribution. For measurement, polished aluminum tubes were used as smooth cables; and hollow tubes with a helically grooved surface were used as power conductors. The aerodynamic properties of the downstream model were captured at wind speeds of about 6-23 m/s (Reynolds number of 5×104 to 2.67×105 for smooth cable and 2×104 to 1.01×105 for grooved cable) and yaw angles ranging from 0° to 45° while the upstream model was fixed at the various spacing between the two model cylinders. The results showed that the Strouhal number of yawed cable is less than the non-yawed case at a given Reynolds number, and its value is smaller than the Strouhal number of a single cable. Additionally, compared to the single smooth cable, it was observed that there was a reduction of drag coefficient of the downstream model, but no change in a drag coefficient of the downstream grooved case in the range of Reynolds number in this study.
Interference effects are of considerable concern for group hyperboloidal cooling towers, but evaluation methods and results are different from each other because of the insufficient understanding on the structure behavior. Therefore, the mechanical performance of hyperboloidal cooling tower shell under wind loads was illustrated according to some basic properties drawn from horizontal rings and cantilever beams. The hyperboloidal cooling tower shell can be regarded as the coupling of horizontal rings and meridian cantilever beams, and this perception is beneficial for understanding the mechanical performance under wind loads. Afterwards, the mean external latitude wind pressure distribution, CP(${\theta}$), was artificially adjusted to pursue the relationship between different CP(${\theta}$) and wind-induced responses. It was found that the maximum responses in hyperboloidal cooling tower shell are primarily dominated by the non-uniformity of CP(${\theta}$) but not the local pressure amplitude CP or overall resistance/drag coefficient CD. In all the internal forces, the maximum amplitude of meridian axial tension shows remarkable sensitivity to the variation of CP(${\theta}$) and it's also the controlling force in structure design, so it was selected as an indicator to evaluate the influence of CP(${\theta}$) on responses. Based on its sensitivity to different adjustment parameters of CP(${\theta}$), an comprehensive response influence factor, RIF, was deduced to assess the meridian axial tension for arbitrary CP(${\theta}$).
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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제15권1호
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pp.101-110
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2012
The side jet effects between jet flow and free-stream on a missile body were investigated by experimentally and numerically for modeling aerodynamic coefficients in pitch plane. K-factors for normal force and pitching moment were introduced to estimate the side jet effects. The main parameters of the jet interaction phenomena were angle of attack, jet pressure ratio, Mach number and jet bank angle. The K-factors for normal force coefficient and pitching moment coefficients in pitch plane were analysed.
The primary challenge in improving fuel efficiency and reducing air pollution for commercial vehicles is reducing their aerodynamic drag. Various flow control devices, such as cab-roof fairing, gap fairing, cab extender, and side skirt have been introduced to reduce drag, however, the drag reduction effect and applicability are different depending on each commercial vehicle model. To evaluate the fuel consumption of heavy vehicles, a comprehensive research approach, including drag force measurement, flow field analysis is required. This study investigated the effect of a cab extender, which installed rear region of cab, on a drag coefficient of commercial vehicle through wind tunnel experiments and CFD. The results showed that the cab extender significantly modified the flow structure around the vehicle, leading to 8.2% reduction in drag coefficient compared to the original vehicle model. These results would provide practical application for enhancing the aerodynamic performance and fuel efficiency of heavy vehicle.
In order to investigate the influence of different blade positions on aerodynamic load and wind loads and load-effects of large scale wind turbine tower under the halt state, we take a certain 3 MW large scale horizontal axis three-blade wind turbine as the example for analysis. First of all, numerical simulation was conducted for wind turbine flow field and aerodynamic characteristics under different halt states (8 calculating conditions in total) based on LES (large eddy simulation) method. The influence of different halt states on the average and fluctuating wind pressure coefficients of turbine tower surface, total lift force and resistance coefficient, circular flow and wake flow characteristics was compared and analysed. Then on this basis, the time-domain analysis of wind loads and load-effects was performed for the wind turbine tower structure under different halt states by making use of the finite element method. The main conclusions of this paper are as follows: The halt positions of wind blade could have a big impact on tower circular flow and aerodynamic distribution, in which Condition 5 is the most unfavourable while Condition 1 is the most beneficial condition. The wind loads and load-effects of disturbed region of tower is obviously affected by different halt positions of wind blades, especially the large fluctuating displacement mean square deviation at both windward and leeward sides, among which the maximum response occurs in $350^{\circ}$ to the tower top under Condition 8; the maximum bending moment of tower bottom occurs in $330^{\circ}$ under Condition 2. The extreme displacement of blade top all exceeds 2.5 m under Condition 5, and the maximum value of windward displacement response for the tip of Blade 3 under Condition 8 could reach 3.35 m. All these results indicate that the influence of halt positions of different blades should be taken into consideration carefully when making wind-resistance design for large scale wind turbine tower.
Rolling stocks are often subjected to the effects of natural cross wind or train wind pressure due to the crossing train. These wind pressure cause the falling-off in running stability and turnover problem. It is sometimes reported that trains are blown over by a gust of wind in overseas. So, many countries enact regulations to secure the safety for wind speed. In this study, we analyzed the difference between the regulation for turnover safety of train which was enacted by Ministry of Land. Transport and Maritime Affairs and that based on the multi-body model. In case of multi-body model, it is assumed that the degrees of freedom for carbody and bogie are assigned an independent values respectively. The results show that the latter approach based on multi-body model can access the safety of turnover and replace the computational method which is accessing with lateral force, derailment coefficient and decrement of wheel load.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제36권4호
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pp.490-496
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2012
The main object of this research is to minimize the shock effects which frequently result in fatal damage in offshore wind turbine on impact of barge. The collision between offshore wind turbine and barge is generally a complex problem and it is often impractical to perform rigorous finite element analyses to include all effects and sequences during the collision. On applying the impact force of a barge to the offshore wind turbine, the maximum acceleration, internal energy, and plastic strain are calculated for each load case using the finite element method. A parametric study is conducted with the experimental data in terms of the velocity of barge, thickness of the offshore wind turbine, and thickness and Mooney-Rivlin coefficient of the rubber fender. Through the analysis proposed in this study, it is possible to determine the proper size and material properties of the rubber fender and the optimal moving conditions of barge.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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제40권10호
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pp.882-887
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2012
This paper describes on the aerodynamic characteristics of the first domestically manufactured aircraft, Buhwalho, in Korea. The computational fluid dynamics(CFD) calculations and wind tunnel test were utilized to investigate the basic aerodynamic characteristics of aircraft with control surface deflections and attitude changes. Variations of lift, drag and pitching moment due to angles of attack and control surface deflections were analyzed and also flight stability due to side force, yawing and rolling moments caused by the change of sideslip angles, rudder and aileron deflections were discussed. Through this study, the meaningful aerodynamic data by CFD calculations and wind tunnel tests were obtained and the flight characteristics based on these data were confirmed accordingly by the flight tests.
For the past ten years' efforts have been made to introduce environmentally-friendly "green" electric-taxi and maneuvering airplane systems. The stated purpose of e-taxi systems is to reduce the taxiing fuel expenses, expedite pushback procedures, reduce gate congestion, reduce ground crew involvement, and reduce noise and air pollution levels at large airports. Airplane-based autonomous traction electric motors receive power from airplane's APU(s) possibly supplemented by onboard batteries. Using additional battery energy storages ads significant inert weight. Systems utilizing nose-gear traction alone are often traction-limited posing serious dispatch problems that could disrupt airport operations. Existing APU capacities are insufficient to deliver power for tractive taxiing while also providing for power off-takes. In order to perform comparative and objective analysis of taxi tractive requirements a "standard" taxiing cycle has been proposed. An analysis of reasonably expected tractive resistances has to account for steepest taxiway and runway slopes, taxiing into strong headwind, minimum required coasting speeds, and minimum acceptable acceleration requirements due to runway incursions issues. A mathematical model of tractive resistances was developed and was tested using six different production airplanes all at the maximum taxi/ramp weights. The model estimates the tractive force, energy, average and peak power requirements. It has been estimated that required maximum net tractive force should be 10% to 15% of the taxi weight for safe and expeditious airport movements. Hence, airplanes can be dispatched to move independently if the operational tractive taxi coefficient is 0.1 or higher.
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