Pressure-flow control characteristics of a commercially available cerebrospinal flow(CSF) control shunt valve was studied using flow/structure interaction analyses. Pre-stress of the valve diaphragm(membrane) was accounted for the simulation of an actual valve. The present results were in good agreement with the valve specification listed in the commercially available CSF control valve. The flow/structure interaction analysis of the present study can be effectively used to design a variety of CSF control shunt valves.
Three-dimensional Lagrangian fluid finite element is applied to seismic response analysis of an oil storage tank with a floating roof. The fluid element utilized in the present analysis is formulated based on the displacement finite element method considering only volumetric elasticity and its element stiffness matrix is derived by using one-point integration method in order to avoid volumetric locking. The method usually adds a rotational penalty stiffness to satisfy the irrotational condition for fluid motion and modifies element mass matrices through the projected mass method to suppress spurious hourglass-mode appeared in compensation for one-point integration. In the fluid element utilized in the present paper, a small hourglass stiffness is employed. The fluid and structure domains for the objective oil storage tank are modeled by eight-node solid elements and four-node shell elements, respectively, and the transient response of the floating roof structure or the free surface are evaluated by implicit direct time integration method. The results of seismic response analyses are compared with those by other method and the validation of the present analysis using three-dimensional Lagrangian fluid finite elements is shown.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.37
no.5
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pp.433-441
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2009
Generally, the events in nature have multi-disciplinary characteristics. To solve this problems, these days loosely coupled methods are widely applied because of advantage of solvers which are already developed and well proved. Those solvers use different mesh system, so transformation and mapping of data are vital in the field of fluid-structure interaction(FSI). In this paper, the interpolation of deformation which is used globally and compactly supported radial basis functions(RBF), and mapping of force which use principle of virtual work are examined for computing time and accuracy to compare ability with simple 3-D problem. As the results, interpolation scheme of compactly supported radial basis functions are useful to interpolation and mapping for large-scale airplane in FSI with a k-dimensional tree(kd-tree) which is a space-partitioning data structure for organizing points in a k-dimensional space.
This paper presents a fully coupled three-dimensional solver for the analysis of interaction between pulsatile flow and large deformation structure. A partitioned time marching algorithm is employed for the solution of the time dependent coupled discretised problem, enabling the use of highly developed, robust and well-tested solvers for each field. Conservative transfer of information at the fluid-structure interface is combined with an effective multi-predict-correct iterative scheme to enable implicit coupling of the interacting fields at each time increment. The three-dimensional unsteady incompressible fluid is solved using a powerful implicit time stepping technique and an ALE formulation for moving boundaries with second-order time accurate is used. A full spectrum of total variational diminishing (TVD) schemes in unstructured grids is allowed implementation for the advection terms and finite element shape functions are used to evaluate the solution and its variation within mesh elements. A finite element dynamic analysis of the highly deformable structure is carried out with a numerical strategy combining the implicit Newmark time integration algorithm with a Newton-Raphson second-order optimisation method. The proposed model is used to predict the wave flow fields of a particular flow-induced vibrational phenomenon, and comparison of the numerical results with available experimental data validates the methodology and assesses its accuracy. Another test case about three-dimensional biomedical model with pulsatile inflow is presented to benchmark the algorithm and to demonstrate the potential applications of this method.
Kim, Euiyoung;Chang, Seongmin;Lee, Dongho;Cho, Maenghyo
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.40
no.11
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pp.957-962
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2012
Fluid/structure interaction (FSI) analysis is necessary to predict the response of a system in which aerodynamic pressure causes deformation of the structure, and vice versa. In dealing with a nonlinear behavior of the structure, however, a simple iterative algorithm of aerodynamic analysis with structural analysis yields no accurate results since aerodynamic pressure need to be changed in accordance with the deformation of structures. In this study, we explore an efficient and accurate method for integrating FSI analysis into structural nonlinear systems. During the course of nonlinear structural analysis, loading conditions are periodically updated by aerodynamic analysis. The accuracy and efficiency of the method is demonstrated with a high-aspect-ratio flexible wing of Global Hawk.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.21
no.6
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pp.59-66
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2017
In the case of fluid storage structure, hydrostatic pressure acts on the structure due to fluid surge during an earthquake. At this time, hydrodynamic pressure of the fluid charge not only by the strength of the earthquake but also by the sloshing height of the fluid. Factors affecting the change of load include the size, width and height of the fluid storage structure and height of fluid, time-history shape, etc. This paper wanted to identify the relationship between the earthquake shape and fluid free surface shape. The sloshing height measured the height of the fluid by applying earthquake to a tank whose width 500mm and comparison of the experiment and analysis. In addition, the shape of the fluid free surface was measured while varying the shape of earthquake and effective of the shape of earthquake of the fluid was analyzed.
To implement the insects' flapping flight for developing flapping MAVs(micro air vehicles), the unsteady flow characteristics of the insects' forward flight is investigated. In this paper, two-dimensional FSI(Fluid-Structure Interaction) simulations are conducted to examine realistic flow features of insects' flapping flight and to examine the flexibility effects of the insect's wing. The unsteady incompressible Navier-Stokes equations with an artificial compressibility method are implemented as the fluid module while the dynamic finite element equations using a direct integration method are employed as the solid module. In order to exchange physical information to each module, the common refinement method is employed as the data transfer method. Also, a simple and efficient dynamic grid deformation technique based on Delaunay graph mapping is used to deform computational grids. Compared to the earlier researches of two-dimensional rigid wing simulations, key physical phenomena and flow patterns such as vortex pairing and vortex staying can still be observed. For example, lift is mainly generated during downstroke motion by high effective angle of attack caused by translation and lagging motion. A large amount of thrust is generated abruptly at the end of upstroke motion. However, the quantitative aspect of flow field is somewhat different. A flexible wing generates more thrust but less lift than a rigid wing. This is because the net force acting on wing surface is split into two directions due to structural flexibility. As a consequence, thrust and propulsive efficiency was enhanced considerably compared to a rigid wing. From these numerical simulations, it is seen that the wing flexibility yields a significant impact on aerodynamic characteristics.
Cho, Seong Wook;Kim, Seungwook;Ro, Kyoung Chul;Ryou, Hong Sun
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.37
no.5
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pp.449-457
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2013
In this study, we performed a numerical analysis to investigate the effect of rotation on the blood flow and arterial wall behavior by using the FSI (fluid-structure interaction) technique. The geometry of the artery included 50% stenosis at the center. To simulate the rotational effect, 2-6 rps of axial velocity was applied to the arterial model. A spiral wave and asymmetric flow occurred due to the stenosis and axial rotation both in the rigid body model and in the FSI model. However, the arterial wall motion caused periodic and transient blood flow changes in the FSI model. The FRZ (fluid recirculation zone) decreased in the FSI model, which is a known predictor for the formation and vulnerability of plaque. Therefore, it is observed that arterial wall motion also influences the generation of the FRZ.
In this study, the optimization design data was presented by analyzing the performance and durability of the cooling fan by one-way fluid-structure interaction analysis of the cooling fan shape used in the engine generator. For this purpose, a steady-state analysis was performed on the flow field inside the cooling fan, and the durability was analyzed by using the steady-state calculation results as input data for structural analysis. Six types were modeled for fluid analysis by changing the blade and sweep angle of the cooling fan, and the ratio of mass flow rate and torque was best in A type, but B type with relatively large mass flow rate was the best. It was judged to have flow performance. As a result of examining the structural analysis by setting the four blade thickness of the B type selected through the fluid analysis, it was judged that B Type-3 is the most suitable when considering the fatigue safety factor.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.44
no.11
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pp.957-964
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2016
This paper presents numerical investigation on behaviors of the rear cover in the vertical launcher under rocket plume loading by using fluid-structure interaction analysis. The rocket plume loading is modeled by the fully Eulerian method and elasto-plastic behavior of the rear cover is predicted by the total Lagrangian method based on a 9-node planar element. The interface motion and boundary conditions are described by a hybrid particle level-set method within the ghost fluid framework. The present results will be compared with the experimental data in the future.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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