• Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
• /
• v.14 no.1
• /
• pp.1-9
• /
• 2001

유체-구조물 상호작용 효과를 고려하여, 실린더형 수중 구조물의 유한요소 모델을 상용 전산코드를 사용하여 작성하고 동적하중에 대한 응답해석을 수행하였다. 구조 유한요소에 부착되는 유체 유한요소로 인하여 발생하는 요소행렬의 비대칭성으로 인하여, 일반적으로 사용되는 유한요소 해석 전산코드로 유체-구조물 상호작용 모델에 대한 응답스펙트럼해석을 수행하는 것은 불가능하다. 이 문제의 해결을 위하여, 등가 비 유체-구조물 상호작용 모델을 구성하고, 등가비 유체-구조물 상호작용 모델에 대한 응답스펙트럼 해석 및 조화가진 응답해석 결과를 이용하여 유체-구조물 상호작용 모델의 스펙트럼 가진에 대한 동적 응답을 계산할 수 있는 효율적인 방법을 제시하였다.

• Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
• /
• 1994.10a
• /
• pp.295-299
• /
• 1994

두꺼운 원통형 쉘은 공학적인 문제에서 많이 사용된다. 쉘 내부에 임피던스가 큰 유체와 구조물이 있을 때 쉘을 포함한 진동해석은 이론적인 해석이 매우 어렵다. 쉘 내부에 있는 유체의 임피던스가 공기에 비하여 매우 클 경우 쉘과 유체, 내부의 구조물과 유체사이의 구조물-유체 상호작용(structure-fluid interaction)이 고려되어야 한다. 얇은 원통형 쉘에 대해서는 상용 유한요소 코드를 이용하여 구조물-유체 상호작용을 고려한 진동해석이 많이 수행되었으나 축대칭 두꺼운 원통형 쉘에 대해서는 연구가 수행되지 않고 있다. 본 연구에서는 NASTRAN, ANSYS 같은 상용 유한요소 코드에서 지원되지 않는 축대칭 두꺼운 원통형 쉘 내부에 유체와 강체요소가 있을 경우 이에 대한 유한요소 코드를 개발하고, 구조물-유체 상호작용을 고려하여 진동해석을 하였다.

• Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
• /
• 2009.04a
• /
• pp.300-303
• /
• 2009

본 논문에서는 유체-구조물 상호작용(Fluid-Structure interaction;FSI)에 관한 새로운 수치적 접근 방법의 제안과 타당성 검토가 목적이다. 기존의 유체 관내 유동에서는 유체-구조물 상호작용방법을 이용하여 해석하였으나 해석과정과 수치적 효율성에 문제점이 있다. 본 논문은 다공질 매체 거동을 이용하여 관내 유체 유동해석이 제안된다. 제안된 기법은 기존의 방법이 갖는 모델링의 어려움을 개선하고, 비교적 복잡한 과정이 수행되어 많은 계산 시간이 요구되어지는 수치적 효율성이 개선되었다. 또한 다공질 매체 거동에서 중요요소인 침투성과 유체-구조물 상호작용의 중요요소인 유체와 구조물경계의 마찰사이의 관계가 도출되었다.

• Computational Structural Engineering
• /
• v.6 no.4
• /
• pp.73-82
• /
• 1993

Investigated in this paper is the effect of fluid-structure interaction between reactor internal components due to their immersion in a confining fluid on the dynamic responses. A non-linear mathematical model is developed for the dynamic analysis of the reactor internals, which includes lumped masses, stiffnesses and hydrodynamic couplings. The hydrodynamic mass matrix which characterizes the fluid-structure interaction is calculated. Also, the equations of motion containing hydrodynamic mass matrix are presented. The responses of the reactor internals due to seismic and pipe break excitations are obtained for the case of with- and without-hydrodynamic couplings and the different response characteristics are investigated.

• Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
• /
• 2010.04a
• /
• pp.285-288
• /
• 2010

유체저장탱크가 외부로부터 지진과 같은 동적하중을 받게 될 경우 유체와 구조물의 상호작용(Fluid-Structure Interaction)으로 인하여 일반적인 구조물과는 상이한 거동을 보이게 된다. 이러한 복잡한 상호작용을 고려하여 현재 내진 설계에서는 Housner와 Haroun의 이론을 적용한 단순화 모델들이 사용되고 있다. 이들 모델은 유체의 거동을 대류(convective) 성분과 충격(impulsive) 성분으로 구분하여 집중질량으로 단순화 한다. 하지만 점차 대형화되고 있는 유체저장탱크의 정확한 동적 거동 특성을 파악하고, 지진하중과 같은 방향성을 가진 하중에 대한 구조물의 정확한 응답을 해석하려면 단순화 모델의 적용성 검토가 필요하다. 본 연구에서는 지진하중을 받는 유체저장탱크의 동적거동을 집중질량 모델과 3차원 모델을 이용하여 해석하였다. 나아가 해석결과의 차이를 분석하여 단순화 모델의 정확도 향상을 위한 내진설계변수 산출에 관하여 향후 연구방향을 제시하였다.

• Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
• /
• v.33 no.6
• /
• pp.383-390
• /
• 2020

Since the dynamic behaviors of liquid storage tanks on flexible soil are significantly influenced by the fluid-structure-soil interaction (FSSI), its effects must be rigorously considered for accurate earthquake analysis and seismic design of the storage system. In this study, dynamic analysis is performed for a rectangular liquid storage tank on flexible soil, and its dynamic characteristics are examined by rigorously considering the effects of FSSI. The hydrodynamic force and the interaction force between the structure and soil are evaluated using the finite-element approach. In the evaluations, mid-point integrated finite elements and viscous dampers are considered for energy radiation into the infinite soil. The effective earthquake force is then obtained from free-field analysis. It is thus demonstrated that the earthquake responses of the rectangular liquid storage tank on flexible soil are significantly influenced by the FSSI.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2020.06a
• /
• pp.86-86
• /
• 2020

수리구조물에 관한 기존 연구들은 대부분 기능성과 안정성 측면에서 본체에 작용하는 유체력에 대한 안정성에 주안점을 두고 있다. 수리구조물 상·하류의 수위차에 기인한 기초지반내의 흐름 및 간극수압 변화는 하천 구조물의 안정성을 연구하는데 매우 중요하다. 해양에서는 파랑하중에 의한 과잉간극수압이 액상화를 발생시켜 해안구조물의 안정에 큰 영향을 미치는 것으로 보고되며, 이에 관련 연구들이 활발하게 진행되고 있다. 반면, 하천구조물 주변 지반의 흐름 및 간극수압 뿐 아니라, 액상화에 관한 연구는 아직 미진한 실정이다. 본 연구에서는 수리구조물 주변의 유동 및 와동 현상 뿐 아니라, 수위차에 따른 지반 내부 유동장과 간극수압에 관한 특성을 분석하기 위해 유체-구조물-지반 비선형 상호작용을 고려할 수 있는 수치수조를 새롭게 제안하였다. 그리고 제안하는 수치수조의 타당성 및 유효성을 검증하기 위해 기존 실험값과 비교·검토를 수행하였고, 그 결과는 거의 유사한 경향을 나타내었다. 또한 이 수치수조에 다양한 입사조건(상·하류 수위차)에 적용하여 유체-구조물-지반의 비선형동적상호간섭 해석을 수행하였다. 최종적으로 수치수조에서 측정한 구조물 주변의 유동, 와동, 수위로부터 수리특성을 논의하였다. 게다가 지반내의 흐름과 간극수압을 측정하여 상·하류 수위차가 수리구조물의 안정성에 미치는 영향을 분석할 수 있었다.

• Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
• /
• 2011.04a
• /
• pp.644-647
• /
• 2011

지형 및 환경에 따라 해안 사면의 침식, 세굴을 막기 위한 효과 있는 해안구조물의 설치가 필요하다. 본 연구에서는 유체-구조 상호작용을 고려해서 유한요소해석 프로그램인 LS-DYNA를 사용하여 조파 실험모델링을 하고, 해안사석구조물과 상호작용에 의한 유체 흐름을 분석하였다. 사석의 유무와 크기, 개수 등의 변수를 조정하여 서로 다른 4가지 경우에 따른 결과를 비교 분석하였다. 또한 해안사석구조물을 구성하는 투수 콘크리트의 특성 분석을 위하여 CT 이미지를 사용하여 투수 콘크리트의 공극 분포를 관찰하였다. 투수 콘크리트의 특성에 큰 영향을 미치는 공극 분포의 파악을 위하여 확률 분포 함수를 사용하여 투수 콘크리트 공극의 공간적 분포를 분석하였다.

• Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
• /
• v.37 no.2
• /
• pp.133-141
• /
• 2024

Considering fluid-structure-soil interactions, a finite-element model for a liquid-storage tank is presented and the nonlinear earthquake response analysis is formulated. The tank structure is modeled considering shell elements with geometric and material nonlinearities. The fluid is represented by acoustic elements and combined with the structure using interface elements. To consider the soil-structure interactions, the near- and far-field regions of soil are modeled with solid elements and perfectly matched discrete layers, respectively. This approach is applied to the seismic fragility analysis of a 200,000 kL liquid-storage tank. The fragility curve is observed to be influenced by the amplification and filtering of rock outcrop motions at the site when the soil-structure interactions are considered.

• Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
• /
• v.24 no.6
• /
• pp.17-24
• /
• 2020

In this study, series of nonlinear seismic analysis were performed on a reinforced concrete intake tower surrounded by water. To consider the fluid effect around the structure, analysis models were composed using an added mass and CEL approach. At this time, the implicit method was used for the added mass model, and the explicit method was used for the fluid structure interaction model. The input motions were scaled to correspond to 500, 1000, and 2400 years return period of the same artificial earthquake. To estimate the counteractivity of the fluid coupled model, models without fluid effect were constructed and used as a reference. The material models of concrete and reinforcement were selected to consider the nonlinear behavior after yielding, and analysis were performed by ABAQUS. As results, in the acceleration response spectrum of the structure, it was found that the influence of the surrounding fluid reducing the peak frequency and magnitude corresponding to the fundamental frequency of the structure. However, the added mass model did not affect the peak value corresponding to the higher mode. The sectional moments were increased significantly in the case of the added mass model than those of the reference model. Especially, this amplification occurred largely for a small-sized earthquake response in which linear behavior is dominant. In the fluid structure interaction model, the sectional moment with a low frequency component amplifies compared to that of the reference model, but the sectional moment with a high requency component was not amplified. Based in these results, it was evaluated that the counteractivity of the additive mass model was greater than that of the fluid structure interaction model.