In hydraulic machinery, the hydraulic fluid acts primarily as working fluid and secondarily as a lubricant. Hence, the viscous friction force acting on the sliding components should be reduced to improve the mechanical efficiency. It is now well known that the surface texturing is a useful method for friction reduction. In this study, using a commercial computational fluid dynamics (CFD) code, FLUENT, the lubrication characteristics of a surface textured slider bearing under high boundary pressure difference is studied. The streamlines, velocity profiles, pressure distributions, load capacity, friction force and leakage flowrate are highly affected by the film thickness ratio and the textured region. Partial texturing at the inlet region of the inclined slider bearing can reduce both friction force and leakage flowrate than in the untextured case. The present results can be used to improve the lubrication characteristics of hydraulic machinery.
In this paper, geometrically nonlinear free vibration analysis of Mindlin viscoelastic plates with various geometrical and material properties is studied based on the Von-Karman assumptions. A novel solution is proposed in which the nonlinear frequencies of time-dependent plates are predicted according to the nonlinear frequencies of plates not dependent on time. This method greatly reduces the cost of calculations. The viscoelastic properties obey the Boltzmann integral law with constant bulk modulus. The SHPC meshfree method is employed for spatial discretization. The Laplace transformation is used to convert equations from the time domain to the Laplace domain and vice versa. Solving the nonlinear complex eigenvalue problem in the Laplace-Carson domain numerically, the nonlinear frequencies, the nonlinear viscous damping frequencies, and the nonlinear damping ratios are verified and calculated for rectangular, skew, trapezoidal and circular plates with different boundary conditions and different material properties.
In this study, the numerical solution of a space-fractional Burgers' equation with initial and boundary conditions is considered. This equation is the simplest nonlinear model for diffusive waves in fluid dynamics. It occurs in a variety of physical phenomena, including viscous sound waves, waves in fluid-filled viscous elastic pipes, magneto-hydrodynamic waves in a medium with finite electrical conductivity, and one-dimensional turbulence. The proposed QBS/CNG technique consists of the Galerkin method with a function basis of quadratic B-splines for the spatial discretization of the space-fractional Burgers' equation. This is then followed by the Crank-Nicolson approach for time-stepping. A linearized scheme is fully constructed to reduce computational costs. Stability analysis, error estimates, and convergence rates are studied. Finally, some test problems are used to confirm the theoretical results and the proposed method's effectiveness, with the results displayed in tables, 2D, and 3D graphs.
The characteristics of steady two-dimensional laminar boundary layer flow of a viscous and incompressible fluid past a moving wedge with suction or injection are theoretically investigated. The transformed boundary layer equations are solved numerically using an implicit finite-difference scheme known as the Keller-box method. The effects of Falkner-Skan power-law parameter (m), suction/injection parameter ($f_0$) and the ratio of free stream velocity to boundary velocity parameter (${\lambda}$) are discussed in detail. The numerical results for velocity distribution and skin friction coefficient are given for several values of these parameters. Comparisons with the existing results obtained by other researchers under certain conditions are made. The critical values of $f_0$, m and ${\lambda}$ are obtained numerically and their significance on the skin friction and velocity profiles is discussed. The numerical evidence would seem to indicate the onset of reverse flow as it has been found by Riley and Weidman in 1989 for the Falkner-Skan equation for flow past an impermeable stretching boundary.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.13
no.2
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pp.267-277
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1993
A finite element method(FEM) is presented and applied to the two-dimensional bottom turbulent boundary layer. The time-dependent incompressible motion of a viscous fluid is formulated by using the well-known Navier-Stokes equations and vorticity equation in terms of the velocity and pressure fields. The general numerical formulation is based on Galerkin method and solved by introducing the mixing length theory of Prandtl for eddy kinematic viscosity of a turbulent flow field. Numerical computations of the transport of sediment on an arbitrary sea-bed due to wave motion in the turbulent boundary layer are carried out. The results obtained by the FEM made clear the difference in characteristic features between the boundary layer due to oscillatory flow and the boundary layer due to wave motion.
Lee, Gye Hee;Hong, Kwan Young;Lee, Eun Haeng;Kim, Jae Min
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.27
no.2
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pp.95-102
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2014
In this paper, a coupling scheme for applying finite element analysis(FEA) programs, such as, LS-DYNA and MIDAS/Civil, to a nonlinear soil structure interaction analysis by the boundary reaction method(BRM) is presented. With the FEA programs, the structure and soil media are discretized by linear or nonlinear finite elements. To absorb the outgoing elastic waves to unbounded soil region as much as possible, the PML elements and viscous-spring elements are used at the outer FE boundary, in the LS-DYNA model and in MIDAS/Civil model, respectively. It is also assumed that all the nonlinear elements in the problem are limited to structural region. In this study, the boundary reaction forces for the use in the BRM are calculated using the KIESSI-3D program by solving soil-foundation interaction problem subjected to incident seismic waves. The effectiveness of the proposed approach is demonstrated with a linear SSI seismic analysis problem by comparing the BRM solution with the conventional SSI solution. Numerical comparison indicates that the BRM can effectively be applied to a nonlinear soil-structure analysis if motions at the foundation obtained by the BRM for a linear SSI problem excluding the nonlinear structure is conservative.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.9
no.2
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pp.158-173
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1985
An experimental investigation has been made to study the interaction between and incident oblique shock wave and an unstabilized turbulent boundary layer on a solid surface downstream of a porous surface with air injection through the porous surface. The boundary layer upstream of the interaction is unstabilized by the injection and provokes a shock wave which eventually interacts with the unstabilized boundary layer after reflecting from the upper wall of the test section. Three cases having diferent upstream Mach numbers and different shock strengthes are studied. According to the level of the unstabilization, two cases are of attached boundary layers and the other one is of a separated boundary layer. The result shows that the reflected wavey system is composed of the compression wave, expansion wave fan, and recompression wave like the ordinary interaction while the separated boundary layer strengthens the reflected expansion waves. The interactions of the attached boundary layers show a similar tendency of the upstream wall pressure distribution as that of the ordinary interacton but the pressure rise rather decays in the downstream region. In case of the separated boundary layer, the wall pressure continues to rise in the downstream as opposed ot the former cases. This indicates that the interaction region spreads out widely adn the viscous effect of the separated boundary layer smoothens the abrupt pressure increase due to the shock inpingement.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.50
no.5
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pp.355-363
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2013
Panel methods are essential tools for analyzing a fluid-flow problem around complex three dimensional bodies, but they lack ability to solve viscous effects. On the other hand, CFD methods are considered as powerful tools for analyzing fluid-flow characteristics including viscosity. However, they also have short falls, requiring more computing time and showing different results depending on the selection of turbulence models and grid systems. In this paper a hybrid scheme combining a panel method and a CFD method is suggested. The scheme adopts a panel method for far-field solution where viscous effects are negligible and a CFD method for the solution of RANS equations in near-field where viscous effects are relatively strong. The intermediate region between the far-field and near-field is introduced where the calculated field point velocities by the panel method are given as boundary velocities for the CFD method. To verify the scheme, calculated results, by a panel method, a CFD method and the hybrid scheme, for a two dimensional foil section are compared. The suggested hybrid scheme gives reasonable results, while computation time and memory can be dramatically reduced. By using the hybrid scheme efforts can be concentrated for the local flow near the leading and trailing edges, by providing more dense grid system, where detailed flow characteristics are required.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.19
no.1
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pp.37-43
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2015
This paper presents a detailed procedure for a nonlinear soil-structure interaction of a seismically isolated NPP(Nuclear Power Plant) structure using the boundary reaction method (BRM). The BRM offers a two-step method as follows: (1) the calculation of boundary reaction forces in the frequency domain on an interface of linear and nonlinear regions, (2) solving the wave radiation problem subjected to the boundary reaction forces in the time domain. For the purpose of calculating the boundary reaction forces at the base of the isolator, the KIESSI-3D program is employed in this study to solve soil-foundation interaction problem subjected to vertically incident seismic waves. Wave radiation analysis is also employed, in which the nonlinear structure and the linear soil region are modeled by finite elements and energy absorbing elements on the outer model boundary using a general purpose nonlinear FE program. In this study, the MIDAS/Civil program is employed for modeling the wave radiation problem. In order to absorb the outgoing elastic waves to the unbounded soil region, spring and viscous-damper elements are used at the outer FE boundary. The BRM technique utilizing KIESSI-3D and MIDAS/Civil programs is verified using a linear soil-structure analysis problem. Finally the method is applied to nonlinear seismic analysis of a base-isolated NPP structure. The results show that BRM can effectively be applied to nonlinear soil-structure interaction problems.
Study on swimming of microorganisms like, sperm motility, cilia beating, bacterial flagellar propulsion has found immense significance in the field of biological fluiddynamics. Because of the complexity involved, it is challenging for the researchers to model such problems. Immersed boundary method has proved its efficacy in the field of biological fluiddynamics, The present work aims at performing a numerical study on the microorganism locomotion using the immersed boundary method proposed by Peskin[1]. A two-dimensional model of the microorganism is modeled as thin elastic filament described as a sine wave. The neutrally buoyant organism undergoing deformations is immersed in a viscous and incompressible fluid. The fluid quantities are described using Eulerian coordinates and the immersed body is represented by Lagrangian coordinates. The Eulerian and Lagrangian variables are connected by the Dirac delta function. The Navier-Stokes equations governing the fluid flow are solved using the fractional step method on a staggered Cartesian grid system. The developed numerical code in FORTRAN will be validated by comparing the numerical results with the available results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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