This paper explores a series of numerical simulations of dynamic responses of multi-piles (dolphin) type substructures for 2.5MW class offshore wind turbine. Firstly computational fluid dynamics (CFD) simulation was performed to evaluate wave loads on the dolphin type substructures with the design wave condition for the west-south region of Korea. Numerical wave tank (NWT) based on CFD was adopted to generate numerically a progressive regular wave using a virtual piston type wave maker. It was found that the water-piercing area of piles of the substructure is a key parameter determining the wave load exerted in horizontal direction. In the next the dynamic structural responses of substructure members under the wave load were calculated using finite element analysis (FEA). In the FEA approach, the dynamic structural responses were able to be calculated including a deformable body effect of substructure members when wave load on each member was determined by Morison's formula. The paper numerically identifies dynamic response characteristics of dolphin type substructures for 2.5MW class offshore wind turbine.
It has been highly demanded to improve the accuracy of CFD(Computational Fluid Dynamics) methods for the assessment of the hydrodynamic performance of marine propellers in cavitating and non-cavitating flows. This paper presents a validation study on the numerical simulation of the tip vortex flow of a non-cavitating marine propeller SVA VP1304. The calculations are carried out by using the Reynolds averaged Navier-Stokes(RANS) approach, where the Reynolds Stress Model(RSM) is used for turbulence closure. The present paper contains a grid dependence test for the propeller open water simulations and a special emphasis is placed on conducting a local grid adaptation on the blade tip and in the tip vortex to reasonably reproduce the velocity and the pressure in the tip vortex flow field. The numerical results are compared with the experimental validation data, which are published in the second International Symposium on Marine Propulsors 2011(SMP'11). The present numerical results show a reasonable agreement with the experiments.
Chen, G.;Fukuyama, H.;Teshigawara, M.;Etoh, H.;Kusunoki, K.;Suwada, H.
Structural Engineering and Mechanics
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v.26
no.4
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pp.409-426
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2007
Following previous work carried out in Building Research Institute in Japan, finite element analyses of conceptual column designs are performed in this paper. The effectiveness of the numerical model is evaluated by experimental tests and parametric studies are conducted to determine influential factors in conceptual column designs. First, three different column designs are analysed: bonded, un-bonded, and un-bonded with additional reinforcing bars. The load-displacement curves and cracking patterns in concrete are obtained and compared with experimental ones. The comparisons indicate that the finite element model is able to reflect the experimental results closely. Both numerical and experimental results show that, the introduction of un-bonded zones in a column end can reduce cracking strains, accordingly reduce the stiffness and strength as well; the addition of extra reinforcement in the un-bonded zones can offset the losses of the stiffness and strength. To decide the proper length of the un-bonded zones and the sufficient amount of the additional reinforcing bars, parametric studies are carried out on their influences. It has been found that the stiffness of un-bonded designs slightly decreases with increasing the length of the un-bonded zones and increases with the size of the additional reinforcing bars.
Buckling is one of the major causes of failure in thin-walled plate members and the presence of cracks with different lengths and locations in such structures may adversely affect this phenomenon. This study focuses on the buckling stability assessment of centrally and non-centrally cracked plates with small-, intermediate-, and large-size cracks, and different aspect ratios as well as support conditions, subjected to uniaxial compression. To this end, numerical models of the cracked plates were created through singular finite element method using a computational code developed in MATLAB. Eigen-buckling analyses were also performed to study the stability behavior of the plates. The numerical results and findings of this research demonstrate the effectiveness of the crack length and location on the buckling capacity of thin plates; however, the degree of efficacy of these parameters in plates with various aspect ratios and support conditions is found to be significantly different. Overall, careful consideration of the aspect ratio, support conditions, and crack parameters in buckling analysis of plates is crucial for efficient stability design and successful application of such thin-walled members.
Rockburst disasters pose serious threat to mining safety and underground excavation, especially in China, resulting in massive life-wealth loss and even compulsive closed-down of some coal mines. To investigate the mechanism of rockbursts that occur under a state of static forces, a stress model with sidewall as prototype was developed and verified by a group of laboratory experiments and numerical simulations. In this model, roadway sidewall was simplified as a square plate with axial compression and end (horizontal) restraints. The stress field was solved via the Airy stress function. To track the "closeness degree" of the stress state approaching the yield limit, an unbalanced force F was defined based on the Mohr-Coulomb yield criterion. The distribution of the unbalanced force in the plane model indicated that only the friction angle above a critical value could cause the first failure on the coal in the deeper of the sidewall, inducing the occurrence of rockbursts. The laboratory tests reproduced the rockburst process, which was similar to the prediction from the theoretical model, numerical simulation and some disaster scenes.
Park, Du-Hee;Kim, Kwang-Kyun;Kwak, Dong-Yeop;Chang, Jae-Hoon;Park, Si-Sam
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.26
no.2
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pp.33-43
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2010
Geothermal energy is gaining wide attention as a highly efficient renewable energy and being increasingly used for heating/cooling systems of buildings. The standing column well (SCW) is especially efficient, cost-effective, and suitable for Korean geological and hydrological conditions. However, a numerical model that simulates the SCW has not yet been developed and applied in Korea. This paper describes the development of the SCW numerical model using a finite-volume analysis program. The model, through hydro-thermal coupled analyses, simulates heat transfer through advection, convection, and conduction. The accuracy of the model was verified through comparisons with field data measured at SCWs in the U.S. and Korea. Comparisons indicated that the SCW numerical model can closely predict the performance of a SCW. The numerical model was used to perform a comprehensive parametric study in the companion paper.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.3
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pp.8-13
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2018
A fluid-structure interaction analysis should be performed to evaluate the behavior of the internal fuel and its influence in order to confirm the structural soundness of the fuel tank against external impacts. In the past, fluid-structure interaction analyses have been limited to the obtention of numerical simulation results due to the need for considerable computational resources and excessive computation time. However, recently, computer performance has been dramatically improved, enabling complex numerical analyses such as fluid-structure interaction analysis to be conducted. Lagrangian and Euler coupling methods and Lagrangian based analysis methods are mainly used for fluid-structure interaction analysis. Since both of these methods have their advantages and disadvantages, it is necessary to select the more appropriate one when conducting a numerical analysis. In this study, a numerical analysis of a crash impact test for a fuel tank is performed using ALE. The purpose of the numerical analysis is to estimate the possibility of failure of the fuel tank mounted inside the container when it is subjected to a crash impact. As a result of the numerical analysis, the fluid behavior inside the fuel tank is investigated and the stress generated in the fuel tank and the container structure is calculated, thereby enabling the possibility of fuel tank failure and leakage of the internal fluid to be evaluated.
The use of wind energy resources is developing rapidly in recent decades. There is an increasing number of wind farms in high wind-velocity areas such as the Pacific Rim regions. Wind turbine towers are vulnerable to tropical cyclones and tower failures have been reported in an increasing number in these regions. Existing post-disaster failure case studies were mostly performed through forensic investigations and there are few numerical studies that address the collapse mode simulation of wind turbine towers under strong wind loads. In this paper, the wind-induced failure analysis of a conventional 65 m hub high 1.5-MW wind turbine was carried out by means of nonlinear response time-history analyses in a detailed finite element model of the structure. The wind loading was generated based on the wind field parameters adapted from the cyclone boundary layer flow. The analysis results indicate that this particular tower fails due to the formation of a full-section plastic hinge at locations that are consistent with those reported from field investigations, which suggests the validity of the proposed numerical analysis in the assessment of the performance of wind-farms under cyclonic winds. Furthermore, the numerical simulation allows to distinguish different failure stages before the dynamic collapse occurs in the proposed wind turbine tower, opening the door to future research on the control of these intermediate collapse phases.
Cismasiu, Corneliu;Ramos, Antonio Pinho;Moldovan, Ionut D.;Ferreira, Diogo F.;Filho, Jorge B.
Computers and Concrete
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v.19
no.4
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pp.365-374
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2017
With the continuous evolution of the numerical methods and the availability of advanced constitutive models, it became a common practice to use complex physical and geometrical nonlinear numerical analyses to estimate the structural behavior of reinforced concrete elements. Such simulations may yield the complete time history of the structural behavior, from the first moment the load is applied until the total collapse of the structure. However, the evolution of the cracking pattern in geometrical discontinuous zones of reinforced concrete elements and the associated failure modes are relatively complex phenomena and their numerical simulation is considerably challenging. The objective of the present paper is to assess the applicability of the Applied Element Method in simulating the development of distinct failure modes in reinforced concrete walls subjected to monotonic loading obtained in experimental tests. A pushover test was simulated numerically on three distinct RC shear walls, all presenting an opening that guarantee a geometrical discontinuity zone and, consequently, a relatively complex cracking pattern. The presence of different reinforcement solutions in each wall enables the assessment of the reliability of the computational model for distinct failure modes. Comparison with available experimental tests allows concluding on the advantages and the limitations of the Applied Element Method when used to estimate the behavior of reinforced concrete elements subjected to monotonic loading.
This study was performed numerical analysis in order to analyze liquid film flow of heat exchanger tube arrangement and configuration of evaporative multi effect distillation system using medium-temperature. Simulation was accomplished the two-dimensional calculations using commercial analyses program FLUENT based on the FVM(finite volume method). Fresh water generator of this study used Shell & Tubes heat exchanger with Cu_Ni tube, configuration of tube used bare tube and corrugated tube, and arrangement of tube used in-line array and staggered array. Performance of heat exchanger through the formation of liquid film was compared and analyzed. Liquid film flow occurred that falling on heat exchanger tube wall. Result of simulation showed that liquid film thickness of in-line arrangement was found 0.57mm with bare tube and 0.67mm with corrugated tube, respectively. And liquid film thickness of staggered arrangement was found 0.39mm with bare tubes and 0.62mm with corrugated tubes, respectively. Liquid film thickness of corrugated tube showed thicker than bare tube, but heat transfer rates of corrugated tube showed higher than bare tube. The reason was considered that surface area of corrugated tube was wider than bare tube. And liquid film thickness of staggered arrangement showed thinner than in-line arrangement, so thermal performance of staggered arrangement showed higher than in-line arrangement.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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