To obtain the seismic response of lead-cored rubber, shape memory alloy (SMA)-rubber isolation Plate-shell Integrated Concrete Liquid-Storage Structure (PSICLSS), based on a PSICLSS in a water treatment plant, built a scale experimental model, and a shaking table test was conducted. Discussed the seismic responses of rubber isolation, SMA-rubber isolation PSICLSS. Combined with numerical model analysis, the vibration characteristics of rubber isolation PSICLSS are studied. The results showed that the acceleration, liquid sloshing height, hydrodynamic pressure of rubber and SMA-rubber isolation PSICLSS are amplified when the frequency of seismic excitation is close to the main frequency of the isolation PSICLSS. The earthquake causes a significant leakage of liquid, at the same time, the external liquid sloshing height is significantly higher than internal liquid sloshing height. Numerical analysis showed that the low-frequency acceleration excitation causes a more significant dynamic response of PSICLSS. The sinusoidal excitation with first-order sloshing frequency of internal liquid causes a more significant sloshing height of the internal liquid, but has little effect on the structural principal stresses. The sinusoidal excitation with first-order sloshing frequency of external liquid causes the most enormous structural principal stress, and a more significant external liquid sloshing height. In particular, the principal stress of PSICLSSS with long isolation period will be significantly enlarged. Therefore, the stiffness of the isolation layer should be properly adjusted in the design of rubber and SMA-rubber isolation PSICLSS.
In ocean industry, free surface type ART (Anti Roll tank) system has been widely used to suppress the roll motion of floating structures. In those, various obstacles have been devised to obtain the sufficient damping and to enhance the controllability of freely rushing water inside the tank. Most of previous researches have paid on the development of simple mathematical formula for coupled ship-ARTs analysis although other numerical and experimental approaches exist. Little attention has been focused on the use of 3D panel method for preliminary design of free surface type ART despite its advantages in computational time and general capacity for hydrodynamic damping estimation. This study aims at developing a potential theory based hydrodynamic code for the analysis of floating structure with baffled ARTs. The sloshing in baffled tanks is modeled through the linear potential theory with FE discretization and it coupled with hydrodynamic equations of floating structures discretized by BEM and FEM, resulting in direct coupled FE-BE formulation. The general capacity of proposed formulation is emphasized through the coupled hydrodynamic analysis of floating structure and sloshing inside baffled ARTs. In addition, the numerical methods for natural sloshing frequency tuning and estimation of hydrodynamic damping ratio of liquid sloshing in baffled tanks undergoing wave exiting loads are developed through the proposed formulation. In numerical examples, effects of natural frequency tuning and baffle ratios on the maximum and significant roll motions are investigated.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.47
no.1
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pp.1-10
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2010
In the present paper, a numerical method based on the constraint interpolation profile (CIP) method is applied for simulating two-dimensional violent sloshing problems. The free surface boundary value problem is considered as a multiphase problem which includes water and air. A stationary Cartesian grid system is adopted, and an interface capturing method is used to trace the shape of free surface profile. The CIP combined unified procedure (CCUP) scheme is applied for flow solver, and the tangent of hyperbola for interface capturing (THINC) scheme is used for interface capturing. Numerical simulations have been carried out for partially-filled 2D tanks under forced sway and roll motions at various filling depths and frequencies. The computational results are compared with experiments and/or the other numerical results to validate the present numerical method.
Kim Young-Moon;You Ki-Pyo;Cho Ji-Eun;Hong Dong-Pyo
Journal of Mechanical Science and Technology
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v.20
no.6
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pp.795-805
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2006
Tuned Liquid damper and Tuned Liquid Column are kind of passive mechanical damper which relies on the sloshing of liquid in a rigid tank for suppressing structural vibrations. TLD and TLCD are attributable to several potential advantages - low costs ; easy to install in existing structures : effective even for small-amplitude vibrations. In this paper, the shaking table experiments were conducted to investigate the characteristics of water sloshing motion in TLD (rectangular, circular) and TLCD. The parameter obtained from the experiments were wave height, base shear force and energy dissipation. The shaking table experiments show that the liquid sloshing relies on amplitude of shaking table and frequency of tank. The TLCD was more effective control vibration than TLD.
The potential of using the roof water tanks as a mitigation measure to minimize the required separation gap and induced pounding forces due to collisions is investigated. The investigation is carried out using nonlinear dynamic analysis for two adjacent 3-story buildings with different dynamic characteristics under two real earthquake motions. For such analysis, nonlinear viscoelastic model is used to simulate forces due to impact. The sloshing force due to water movement is modelled in terms of width of the water tank and the instantaneous wave heights at the end wall. The effect of roof water tanks on the story's responses, separation gap, and magnitude and number of induced pounding forces are investigated. The influence of structural stiffness and storey mass are investigated as well. It is found that pounding causes instantaneous acceleration pulses in the colliding buildings, but the existence of roof water tanks eliminates such acceleration pulses. At the same time the water tanks effectively reduce the number of collisions as well as the magnitude of the induced impact forces. Moreover, buildings without constructed water tanks require wider separation gap to prevent pounding as compared to those with water tanks attached to top floor under seismic excitations.
Kim, Sungwuk;Kim, Taeeun;Oh, Sungryoung;Ji-Hun Park
Journal of Urban Science
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v.12
no.2
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pp.19-30
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2023
The seismic design of water tanks for fire protection is important to prevent secondary earthquake damages due to fires. In this study, the seismic performance of stainless steel water tanks was evaluated considering both static and dynamic water pressure effects, and the influence of different panel shapes was investigated through numerical analysis. First, a basic water tank model comprised of flat panels was built, and then water pressure distribution including sloshing effects was evaluated. In the result of structural analysis, many panels of the basic water tank exceeded a specified allowable stress for load combinations including earthquake loads. In order to reduce the bending stress of the panel by increasing the moment of inertial of the panel section, alternative shapes of a truncated quadrangular pyramid were developed. Five water tanks with different alternative panel shapes were built and analyzed for the same load combinations. Based on the results of the numerical analysis, a number of effective aspect ratios were selected and modified to increase economic feasibility through additional analysis and structural safety check.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.50
no.2
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pp.120-128
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2013
This paper presents the results of sloshing experiments having different fluids in model tanks with various density ratios. The experimental model consisting water and air at ambient, which has been commonly used, is not consistent in density ratio with that of an actual LNG cargo tank. Therefore, an advanced experimental scheme is developed to consider the same density ratio of LNG and NG by using a mixed gas of sulfur hexafluoride ($SF_6$) and nitrogen ($N_2$). For experimental observation, a two-dimensional model tank of 1/40 scale and a three-dimensional model tank of 1/50 scale have been manufactured and tested at various conditions. Two different fillings with various excitation frequencies under regular motions have been considered for the two-dimensional model tank, and three different filling levels under irregular motions have been imposed for the three-dimensional model tank. The density ratio between gas and liquid varies from the ratio of the ambient air and water to that of the actual LNG cargo container, and the different composition of gas is used for this variation. Based on the present experimental results, it is found that the decrease of sloshing pressure is predicted when the density ratio increases.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.35
no.4
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pp.27-37
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1998
The sloshing is very important in a safe transport of the liquid cargo by a ship. With the increasing number of supertanker and LNG carriers, this problem has become increasingly more important. In order to study the magnitude and characteristics of impact pressures due to sloshing, experiments ware performed with a rectangular tank and compared with numerical results. Structural responses of tank wall under impulsive pressures were measured. Structural vibrations induced by the sloshing load were analysed by including hydroelastic erects in terms of added mass and damping. To check the validity of the numerical model, the natural frequencies of plate in air and water were compared with measurements, and a good agreement was found. In the case that a plate vibrates under impulsive loads, the pressure on the flexible plate is larger than that on the rigid plate without hydroelastic effects, which was confirmed experimentally. The frequency of oscillatory pressure as well as accel%pion coincides with the natural frequency of plate in water.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.27
no.6
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pp.303-310
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2023
The equivalent static load for non-structural elements has a limitation in that the sloshing effect and the interaction between the fluid and the water tank cannot be considered. In this study, the equations to evaluate the impulse and convective components in the design codes and previous research were compared with the shaking table test results of a rectangular water tank with flexible wall panels. The conclusions of this study can be summarized as follows: (1) It was observed that the natural periods of the impulsive component according to ACI 350.3 were longer than system identification results. Thus, ACI 350.3 may underestimate the earthquake load in the case of water tanks with flexible walls. (2) In the case of water tanks with flexible walls, the side walls deform due to bending of the front and back walls. When such three-dimensional fluid-structure interaction was included, the natural period of the impulsive component became similar to the experimental results. (3) When a detailed finite element (FE) model of the water tank was unavailable, the assumption Sai = SDS could be used, resulting in a reasonably conservative design earthquake load.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.21
no.1
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pp.23-29
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2017
In this study, a post-correlation analysis for shaking table test of square water storage tank is presented for the use of advances in earthquake-resistant design of liquid storage tank. For this purpose, the ANSYS CFX program is selected for the CFD analysis. Sensitivity analysis for resonant sloshing motion in terms of grid size and turbulence model suggested that (1) horizontal grid size as well as vertical grid size is a key variable in the sloshing analysis, and (2) the SST turbulence model is best for the sloshing analysis. Finally, correlation analyses for a non-resonant harmonic input and scaled earthquake excitation of the El Centro (1940) NS component are carried out using the grid and turbulence model established through the post-correlation analysis for the resonant motion. As a result, sloshing time histories by the CFD analysis agreed very well with the test results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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