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유체 부가질량 및 감쇠 결정시 점성 및 편심 영향에 대한 유한요소해석

Finite Element Analysis for Evaluation of Viscous and Eccentricity Effects on Fluid Added Mass and Damping

  • 발행 : 2003.04.01

초록

일반적으로 유체-구조물 상호작용을 고려한 유체속 구조물들의 지진 및 진동해석에는 주어진 시스템에 대한 유체부가질량을 추정하여 구조물관 연계하는 단순해석 방법을 주로 사용한다. 실제로 유체속 구조물의 응답특성은 유체부가질량 뿐만 아니라 유체점성으로 인한 감쇠영향을 받으며 이들은 모두 연계항을 갖는 복잡한 행렬 형태로 나타난다. 본 연구에서는 비점성 및 점성 유체에 대한 Navier-Stokes 지배방정식의 선형화를 통한 유한요소 정식화를 유도하였다. 이를 이용하여 유한요소 해석 프로그램을 작성하고 6각형 단면특성을 갖는 액체금속로 노심에 대하여 덕트집합체 사이의 유체간격과 레이놀즈수 변화에 따른 유체부가질량과 유체감쇠에 대한 유한 요소 해석을 수행한 결과, 유체간격이 줄어들수록 유체부가질량은 유체점성의 영향을 크게 받고 유체감쇠는 점성으로 인하여 레이놀즈수의 영향을 크게 받는 것으로 나타났다. 또한 편심을 갖는 동축원통에 대한 유한요소 해석결과, 편심이 증가할수록 유체부가질량은 크게 증가하지만 유체감쇠는 편심이 작은 경우 거의 변화가 없으며 어느 일정 수준이상으로 편심이 커질 경우에는 크게 영향을 받는 것으로 나타났다.

참고문헌

  1. 구경회, 이재한, “유체속에 잠긴 동축원통 구조물의 진동 특성 및 지진응답에 대한 유체부가질량영향,” 한국지진공학회 논문집, 제5권, 제5호, 2001, pp. 25-33.
  2. Fritz, R. J., “The effect of liquids on the dynamic motions of immersed solids,” Journal of Engineering for Industry, Transactions of the ASME, 1972, pp. 167-173.
  3. Koo, G. H., Lee, H. Y., and Yoo, B., “Seismic isolation effects on core seismic responses of KALIMER,” SMIRT- 15 Conference, Vol. 9, 1999, pp. 351-358.
  4. Chen, S. S., Wambsganss, M. W., and Jendrzejczyk, J. A., “Added mass and damping of a vibrating rod in confined viscous fluid,” Journal of Applied Mechanics, 1976, Vol. 98, pp. 325-329. https://doi.org/10.1115/1.3423833
  5. Su, T. C., “The effect of viseosity on the forced vibrations of fluid-filled elastic shell,” Journal of Applied Mechanics, Vol. 50, 1983, pp. 517-524. https://doi.org/10.1115/1.3167084
  6. ANSYS User's Manual for Revision 5.6, Volume I, II, III.
  7. Yang, C. I. and Moran, T. J., “Calculations of added mass and damping coefficients for hexagonal cylinders in a confined viscous fluid,” Journal of Pressure Vessel Technology, Vol. 102, 1980, pp.152-157. https://doi.org/10.1115/1.3263314
  8. Mulcahy, T. M., “Fluid forces on rods vibrating in finite length annular regions,” Journal of Applied Mechanics, Vol. 47, 1980, pp. 234-240. https://doi.org/10.1115/1.3153648
  9. Zienkiewicz and Taylor, The Finite Element Method, Fourth Edition, Volume 2, Solid and Fluid Mechanics, Dynamics and Non-linearity, McGRAW-HILL, 1991.