• Title, Summary, Keyword: 유체부가질량

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Effect of Fluid Added Mass on Vibration Characteristics and Seismic Responses of Immersed Concentric Cylinders (유체속에 잠긴 동축원통 구조물의 진동특성 및 지진응답에 대한 유체부가질량 영향)

  • 구경회;이재한
    • Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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    • v.5 no.5
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    • pp.25-33
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    • 2001
  • For the seismic design and analysis of LMR(liquid metal reactor) being developed in Korea, it is necessary to develop the simple seismic analysis model including the fluid-structure interaction effects. In this paper, the theoretical backgrounds for the fluid added mass of the immersed concentric cylinders are investigated and the seismic analysis code using the Runge-Kutta algorithm, which can consider the fluid added mass matrix in system matrix, are developed to perform the time history seismic analysis. Form the coupled modal analysis and the seismic analysis for the simple immersed concentric cylinders, it is verified that the fluid added mass significantly affect the vibration characteristics and the seismic responses. Therefore the fluid coupled effects should be carefully considered in seismic response analysis of the immersed concentric cylinders.

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Finite Element Analysis for Evaluation of Viscous and Eccentricity Effects on Fluid Added Mass and Damping (유체 부가질량 및 감쇠 결정시 점성 및 편심 영향에 대한 유한요소해석)

  • 구경회;이재한
    • Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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    • v.7 no.2
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    • pp.21-27
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    • 2003
  • In general, simple fluid added mass method is used for the seismic and vibration analysis of the immersed structure to consider the fluid-structure interaction effect. Actually, the structural response of the immersed structure can be affected by both the fluid added mass and damping caused by the fluid viscosity. These variables appeared as a consistent matrix form with the coupling terms. In this paper, finite element formula for the inviscid fluid case and viscous fluid case are derived from the linearized Navier Stoke's equations. Using the finite element program developed in this paper, the analyses of fluid added mass and damping for the hexagon core structure of the liquid metal reactor are carried out to investigate the effect of fluid viscosity with variation of the fluid gap and Reynolds number. From the analysis results, it is verified that the viscosity significantly affects the fluid added mass and damping as the fluid gap size decrease. From the analysis results of eccentricity effect on the fluid added mass and damping of the concentric cylinders, the fluid added mass increase as the eccentricity increases, however the fluid damping increases only when the eccentricity is very severe.

Derivation of Added Mass Matrix and Sloshing stiffness matrix of the Ideal Fluid using BEM and Application to the Seismic Analysis of Cylindrical Liquid storage tanks. (경계요소법에 의한 이상유체의 부가질량 및 슬러싱 강성행렬 도출과 원통형 액체 저장 탱크 지진응답 해석)

  • 김재관;이진호;진병무
    • Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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    • v.4 no.3
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    • pp.83-98
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    • 2000
  • 유연한 액체 저장탱크 내 유체의 부가질량 및 슬러싱 강성행렬을 도출하는 새로운 방법을 제시하였다. 비점성, 비압축성 이상유체를 표면 출렁임을 고려하여 경계요소법에 의하여 모델링하였다. 유체의 표면과 저장탱크 벽체의 접촉면과 같은 불연속 경계를 다루기 위해 특별한 과정을 도입하였다. 원통형 액체저장탱크의 지진응답해석에 적용하여 우수한 결과를 얻을 수 있음을 확인하였다.

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Hydroelastic Vibration Analysis of Three Dimensional Submerged Structure (3차원 접수구조물의 유체탄성 진동해석)

  • 정기태;강호승;김영복
    • Computational Structural Engineering
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    • v.4 no.1
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    • pp.20-27
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    • 1991
  • 본 논문에서는 유체-구조 상호작용해석의 일종의 3차원 접수구조물의 진동해석을 효과적으로 수행하기 위한 해석방법을 제시하기 위하여 동적재해석기법을 검토하였다. 접수구조물의 유한구조 상호작용해석 결과는 구조진동의 관심 주파수역에서는 3차원 연성 부가수질량으로 표현되는 관성력으로 나타난다. 따라서 구조질량행렬에 부가수질량 행렬이 더해져서 전체 관성력으로 표현된다. 이 부가수질량을 추가질량으로 보고 재해석기법을 응용하는 방법을 수치실험을 통해 검증하였다. 이 때 재해석기법이 갖추어야 할 조건은 원구조의 질량과 거의 같은 정도의 질량이 추가되고 또한 완전 연성질량이 추가된 경우에도 정확한 해를 주어야 한다는 것이다. 이를 검증하기 위해 직접재해석기법과 섭동법을 이용한 재해석기법으로 4질량 스프링지지구조에 대한 해석을 수행한 결과 직접재해석기법의 응용이 적합함을 쉽게 입증할 수 있었다. 접수구조물의 예로는 3차원 잠수주상체에 대해 접수진동해석을 수행하였으며 그 결과 선체진동해석에 전통적으로 이용되고 있는 2차원 부가수질량과 3차원 수정계수를 사용한 기준차수법에서는 수지모드와 수평-비틔 연성모드와 같이 서로 독립적인 모드에 대해서는 따로 진동해석을 수행해 주어야 하는 단점이 발견되었다. 이 단점을 보완한 각 모드의 3차원 수정계수행렬을 이용한 재해석기법을 도입하여 모드에 상관없이 동시에 해를 구할 수 있었다. 그러나, 이 방법은 3차원 수정계수가 구해져 있는 경우에 한해서만 적용가능하며 실제 선체진동의 경우에는 10Hz 미만의 저차 주선체 진동에 한해서만 적용가능한 방법이다. 고차의 진도옴드에는 3차원 수정계수를 구할 수 없기 때문에 유체-구조 상호작용 해석결과로부터 얻은 3차원 연성 부가수질량을 이용하게 되며 이 때 이 행렬이 접수구조 표면의 전 자유도와 연성되어 있기 때문에 방대한 방정식을 푸어야 하지만 직접재해석기법을 적용함으로써 정확한 해를 구할 수 있었다. 또한 3차원 부가수질량을 이용한 직접재해석기법은 종래의 2차원 부가수질량과 3차원 수정계수를 이용한 방법에 비해 해석시간 면에서도 전혀 불리한 점이 없는 경제적 방법임이 밝혀졌다. 앞으로 Slamming 혹은 수중폭파 등의 충격하중에 의한 천이 구조응답 해석을 위한 효과적인 방법에 대해서도 연구결과를 발표할 계획이다.

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dynamic Analysis of Ring-Stiffened Axisymmetric Shells (링보강 축대칭 쉘 구조물의 동적 해석)

  • 황철성
    • Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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    • v.4 no.2
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    • pp.83-98
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    • 2000
  • 자오방향 및 주변방향으로 피르스트레스트 하중이 작용된 축대칭 쉘 구조물을 기하학적으로 축대칭인 구조물의 특성을 최대한으로 이용할 수 있도록 회전 링요소로 모델화하였다 보강링 요소의 모델은 축대칭 쉘요소를 이용하였으며 본체 구조물과 절점에서 부착되있는 것으로 가정하여 이의 편심을 고려하였다 유체-구조물의 상호관계는 접촉면에서 구조물의 가속도에 비례한 부가질량으로 표현하였으며 부가질량은 유체를 비점성 비압축 및 비회전을 가정하여 유한요소법에 의해 구하였다 이에 대한 수치해석을 통하여 고유진동해석 및 지진하중을 주하중으로 한 동적해석을 실시하였다 프로그램을 통하여 해석한 결과를 프리스트레스 하중 하에서 고유진동수에 대한 정해와 비교한 결과 20개의 요소로 모델링한 경우에서도 정해와 근접한 해를 얻을 수 있었다 또한 내부유체가 있는 경우와 링보강을 한 경우에 대한 고유진동수를 문헌과 비교한 결과 근접한 해를 얻을 수 있었다.

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Dynamic Analysis of Offshore Structures Considering External Fluid-Structure Interaction (외부유체-구조물의 상호작용을 고려한 해양구조물의 동적해석)

  • Hwang, Chul-Sung;Paik, In-Yeol
    • Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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    • v.9 no.1
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    • pp.271-281
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    • 2005
  • The effects of radiation damping is used to compensate the truncated boundary which is relatively close to the structure-fluid interface in the fluid element surrounding the submerged structures. An efficient ring element is presented to model the shell and fluid element which fully utilizes the characteristics of the axisymmetry. The computational model uses the technique which separate the meridional shape and circumferential wave mode and gets similar result with the exact solution in the eigenvalues and the earthquake analysis. The fluid-structure interaction techniques is developed in the finite element analysis of two dimensional problems using the relations between pressure, nodal unknown acceleration and added mass assuming the fluid to be invicid, incompressible and irrotational. The effectiveness and efficiency of the technique is demonstrated by analyzing the free vibration and seismic analysis using the added mass matrix considering the structural deformation effect.

Numerical Analysis of Added Mass Coefficient for Outer Tubes of Tube Bundle in a Circular Cylindrical Shell (원통 내부에 배열된 외곽 전열관의 유체 부가질량계수 해석)

  • Yang, Keum-Hee;Ryu, Ki-Wahn
    • Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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    • v.26 no.2
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    • pp.203-209
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    • 2016
  • According to the wear detection history for the steam generator tubes in the nuclear power plant, the outer tubes inside the steam generator have more problems on the flow-induced vibration than inner tubes. Many researchers and engineers have used a specified added mass coefficient for a given tube array during the design stage of the steam generator even though the coefficient is not constant for entire tube in cylindrical shell. The aim of this study is to find out the distribution of added mass coefficients for each tube along the radial location. When numbers of tubes inside a cylindrical shell are increased, values of added mass coefficients are also increased. Added mass coefficients at outer tubes are less than those of inner tubes and they are decreased with increasing the gap between the outermost tube and the cylindrical shell. It also turns out when the gap between the outermost tube and the cylindrical shell approaches infinite value, the added mass coefficient converges to an asymptotic value of given tube array in a free fluid field.

Numerical Analysis of Hydrodynamic mass for various Tube Arrays in a circular cylindrical shell (원통 내부의 전열관 배열에 따른 유체부가질량특성 수치해석)

  • Yang, Keum-Hee;Ryu, Ki-Wahn;Park, Chi-Yong
    • Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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    • pp.693-699
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    • 2011
  • The outermost SG tubes have more structural problems than inside tubes. Many studies have used a uniform added mass coefficient for all of the SG tubes during the FIV analysis. The purpose of this study is to find out the added mass coefficients for each tube in a cylindrical shell. When a number of tubes are increased, added mass coefficients are also increased. And added mass coefficients at outermost tubes are less than those of inside tubes. According to gap changes between outermost tube and cylindrical shell, added mass coefficients are decreased with increasing the gap. When the gap has very large value, it shows that the added mass coefficient is asymptotically converged to the value of the tube array in a free fluid field.

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