Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2006.05a
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pp.1285-1289
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2006
In a large diameter piping system, high frequency energy can produce excessive noise, high vibration, and failures of thermo-well, instrumentation, and attached small-bore piping. High frequency energy is generated by flow induced vibration like vortex shedding in orifices and valves. Once this energy is generated, amplification may occur from acoustical and/or structural resonances, resulting in high amplitude vibration and noise. At low frequencies, pipe vibration occurs laterally along the pipe's length, but at higher frequencies, the pipe shell wall vibrates radially across its cross-section. The simple beam analogy which is based on the beam mode vibration can not be applied to evaluate shell mode vibration. ASME OM3 recommends that the stress be measured directly by strain gauge and be evaluated according to the fatigue curves of the piping material. This Paper discusses the excitation and amplification mechanism relevant to high frequency energy generation in piping system, the monitoring method of the shell mode vibration in ASME OM3, the evaluation method generally used in the industry. Finally this paper presents the stress evaluation of the cavitating venturi down stream piping, where high frequency shell mode vibrations were observed during the operation.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.9
no.1
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pp.24-30
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1985
An experimental work to predict critical flow velocity to give whirling instability on staggered array tube banks model which is located in wind tunnel is presented. The critical flow velocity was obtained by measuring flow induced tube vibration on three tube array models having different pitch to diameter ratio as changing damping ratio and natural frequency of tube model. The obtained experimental results are directly compared with the numbers of other investigators and partly proved the truth of Blevin's new idea to predict critical flow velocity.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.1
no.2
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pp.101-107
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2009
The VIV (Vortex-Induced Vibration) analysis of a flexible cylindrical structure under locally strong shear flow is presented. The model is made of Teflon and has 9.5m length, 0.0127m diameter, and 0.001m wall thickness. 11 2-dimensional accelerometers are installed along the model. The experiment has been conducted at the ocean engineering basin in the University of Tokyo in which uniform current can be generated. The model is installed at about 30 degree of slope and submerged by almost overall length. Local shear flow is made by superposing uniform current and accelerated flow generated by an impeller. The results of frequency and modal analysis are presented.
Kim, Shin-Woong;Lee, Seung-Jae;Park, Cheol-Young;Kang, Donghoon
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.8
no.4
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pp.330-343
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2016
This paper presents results of an experimental investigation of vortex-induced vibration (VIV) of a flexibly mounted and rigid cylinder with two-degrees-of-freedom with respect to varying ratio of in-line natural frequency to cross-flow natural frequency, $f^*$, at a fixed low mass ratio. Combined in-line and cross-flow motion was observed in a sub-critical Reynolds number range. Three-dimensional displacement meter and tension meter were used to measure dynamic responses of the model. To validate the results and the experiment system, x and y response amplitudes and ratio of oscillation frequency to cross-flow natural frequency were compared with other experimental results. It has been found that the higher harmonics, such as third and more vibration components, can occur on a certain part of steel catenary riser under a condition of dual resonance mode. In the present work, however, due to the limitation of a size of circulating water channel, the whole test of a whole configuration of the riser at an adequate scale for VIV phenomenon was not able to be conducted. Instead, we have modeled a rigid cylinder and assumed that the cylinder is a part of steel catenary riser where the higher harmonic motions could occur. Through the experiment, we have found that even though the cylinder was assumed to be rigid, the occurrence of the higher harmonic motions was observed in a small reduced velocity ($V_r$) range, where the influence of the in-line response is relatively large. The transition of the vortex shedding mode from one to another was examined by using time history of x and y directional displacement over all experimental cases. We also observed the influence of in-line restoring force power spectral density with $f^*$.
A plate type supporting structure of a tube bundle in axial flow generates a certain band of a high frequency periodic excitation of a vortex shedding and/or a flow separation due to sharp edge of the plate thickness and a severe pressure drop due to a cross-sectional area of the supports. With a design consideration of the low vibration and a small flow resistance, the analysis method is uniquely confined to an experimental approach because a complex geometry of a cylindrical tube bundle and/or physical phenomena related to the fluid-structure interaction of tube bundle in a flow impede a theoretical or a numerical approach. A 5x5 cylindrical tube bundle with 5 supports which were discretely located along the bundle's axis was tested in the FIVPET hydraulic test loop for a design evaluation and an analysis perspectives. A high frequency flow-induced vibration of the supporting structures of the cylindrical tube bundle was measured at a outer surface of a supporting structure through a transparent flow housing by the laser dopper vibrometer. Pressure drop in-between three measurement distances was measured by the differential pressure transmitter. High frequency vibration and pressure drop fairly depends on the geometric design of supporting structure. So, these two parameters would be used as a qualitative design variables for design evaluation and analysis.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.4
no.1
s.12
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pp.15-24
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2004
Generally, a ${\pi}$-type girder composed of two I-type girders is known to have a significant disadvantage in wind resistance design because of aerodynamic instability. A representative bridge for this girder was Tacoma Narrows Bridge. Since Tacoma Narrows Bridge had very low stiffness of the bridge structure and its cross-section shape had aerodynamic instability, the bridge collapsed after severe torsion and vibration events in 19m/s wind speed. Aerodynamic vibration can be avoided by enhancing structural stiffness and damping factor and conducting a study of cross-section shapes. This study shows the angle of attack for the four-span cable stayed bridge having ${\pi}$-type cross-section and describes the aerodynamic characteristics of the changed cross-section with aerodynamic vibration damping additions, by carrying out two-dimension vibration tests. As a result of uniform flow and turbulent flow, the study shows that because the basic ${\pi}$-type cross-section alone can have efficient wind resistant stability, there is no need to have additional aerodynamic damping equipment. Since this four 230m-main-span bridge has a large frequency and also has a big stiffness compared to other bridges containing a similar cross-section, it has aerodynamic stability under the design wind speed.
Vortex-induced vibrations of a yawed flexible cylinder near a plane boundary are numerically investigated at a Reynolds number Ren= 500 based on normal component of freestream velocity. Free to oscillate in the in-line and cross-flow directions, the cylinder with an aspect ratio of 25 is pinned-pinned at both ends at a fixed wall-cylinder gap ratio G/D = 0.8, where D is the cylinder diameter. The cylinder yaw angle (α) is varied from 0° to 60° with an increment of 15°. The main focus is given on the influence of α on structural vibrations, flow patterns, hydrodynamic forces, and IP (Independence Principle) validity. The vortex shedding pattern, contingent on α, is parallel at α=0°, negatively-yawed at α ≤ 15° and positively-yawed at α ≥ 30°. In the negatively- and positively-yawed vortex shedding patterns, the inclination direction of the spanwise vortex rows is in the opposite and same directions of α, respectively. Both in-line and cross-flow vibration amplitudes are symmetric to the midspan, regardless of α. The RMS lift coefficient CL,rms exhibits asymmetry along the span when α ≠ 0°, maximum CL,rms occurring on the lower and upper halves of the cylinder for negatively- and positively-yawed vortex shedding patterns, respectively. The IP is well followed in predicting the vibration amplitudes and drag forces for α ≤ 45° while invalid in predicting lift forces for α ≥ 30°. The vortex-shedding frequency and the vibration frequency are well predicted for α = 0° - 60° examined.
Ji, Chunning;Peng, Ziteng;Alam, Md. Mahbub;Chen, Weilin;Xu, Dong
Wind and Structures
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v.26
no.5
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pp.267-277
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2018
Numerical simulations are performed of a long flexible cylinder undergoing vortex-induced vibration at a Reynolds number of 500. The cylinder is pinned at both ends, having an aspect ratio of 100 (cylinder length to cylinder diameter) and a mass ratio of 4.2 (structural mass to displaced fluid mass). Temporal and spatial information on the cross-flow (CF) and in-line (IL) vibrations is extracted. High modal vibrations up to the $6^{th}$ in the CF direction and the $11^{th}$ in the IL direction are observed. Both the CF and IL vibrations feature a multi-mode mixed pattern. Mode competition is observed. The $2^{nd}$ mode with a low frequency dominates the IL vibration and its existence is attributed to a wave group propagating back and forth along the span. Distributions of fluid force coefficients are correlated to those of the CF and IL vibrations along the span. Histograms of the x'-y motion phase difference are evaluated from the total simulation time and a complete vibration cycle representing the standing or travelling wave pattern. Correlations between the phase difference and the vibrations are discussed. Vortex structures behind the cylinder show an interwoven near-wake pattern when the standing wave pattern dominates, but an oblique near-wake pattern when the travelling wave pattern prevails.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2004.05a
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pp.273-277
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2004
This paper deals with the dynamic stability and vibration of a non-uniform cantilevered pipe conveying fluid. The present model consists of two segments with different cross-sections. Governing equations of motion are derived by extended Hamilton's principle, and the numerical scheme using finite element method is applied to obtain the discretized equations. The critical flow velocities and stability maps of the pipe are obtained by changing step ratios, mass ratios and internal damping parameters of the pipe. Finally, the vibrational modes associated with flutter are shown graphically.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.14
no.10
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pp.1041-1047
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2004
This paper deals with the dynamic stability and vibration of a discontinuous cantilevered Pipe conveying fluid. The present model consists of two segments with different cross-sections. Governing equations of motion are derived by extended Hamilton's principle, and the numerical scheme using finite element method is applied to obtain the discretized equations. The critical flow velocities and stability maps of the pipe are obtained by changing ratios of second area moment of inertia and mass ratios. Finally, the vibrational modes associated with flutter are shown graphically.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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