• Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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• v.14 no.4
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• pp.413-422
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• 2001

In this study, the effect of hydrodynamic masses is investigated in the dynamic characteristics and earthquake response analyses of the submerged HANARO flow tubes. First, the consistent hydrodynamic masses of the surrounding water are obtained by finite element method. Then, modal analyses and response spectrum analyses are performed and verified by comparing the results with those measured from an experiment. Arbitrary cross-sections of submerged structures and boundary conditions of the surrounding fluid can be considered by using the general benefits of a finite element method comparing with the conventional analytical methods. Practical criteria based on parametric studies are proposed to evaluate the dynamic characteristics of HANARO flow tubes including the hydrodynamic masses.

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

• 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.

• Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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• v.3 no.4
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• pp.71-82
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• 1999

An axisymmetric shell element which includes the effects of the meridional and circumferential cable prestresses is developed. The fluid-structure interaction is expressed as added mass effect which is in proportion to the acceleration of the structure in interface surface. The added mass is obtained by using finite element method under the assumption that the fluid is invicid, incompressible and irrotational. It is coded for personal computer by the maximum use of axisymmetic properties and the dynamic analysis are performed under seismic exitations. A ring element makes the characteristics of the axisymmetric shell to be fully utilized. The elgenvalue solutons under the initial prestresses and the internal fluid are well agreed with the exact solutions and references by using under 20 elements. The eigenvalues are decreased along the increasing the height of internal fluid and these effects are dominant under the lower wave numbers. The results of the seismic analysis show that the radial deflection under the meridional prestress is a little larger than that under the circumferential prestress.

• Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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• 2000.11a
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• pp.127-131
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• 2000

The paper presents both theoretical and experimental study for dynamic instabilities of a vertical cantilevered pipe with two attached lumped masses conveying fluid. The two attached lumped masses can be considered as valves or some mechanical parts in real pipe system. Eigenvalue behaviors depending on the flow velocity are investigated for the change of positions and magnitudes of an attached lumped mass and a tip mass. In order to verify appropriaty of numerical solutions, experiments were accomplished. Theoretical predictions have a good agreement with experimental ones.

• Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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• v.19 no.6
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• pp.569-574
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• 2009

The paper presents the influences of the external damping and the tip mass on dynamic stability of a vertical cantilevered pipe conveying fluid. In general, real pipe systems may have some valves and attached mechanical parts, which can be regarded as attached lumped masses and support-dampers. The support-dampers can be assumed as viscous dampers. The equations of motion are derived by energy expressions using extended Hamilton's principle, and some numerical results using Galerkin's method are presented. Critical flow velocities and stability maps of the pipe with external dampers and tip mass are obtained for various tip mass ratios, external damping coefficients and positions of the viscous dampers.

• Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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• 2005.11a
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• pp.465-468
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• 2005

The paper deals with the influences of external damping and tip mass on dynamic stability of a vertical cantilevered pipe conveying fluid. In general, real pipe systems may have some valves and attached parts, which can be regarded as attached lumped masses and support-dampers. The support-dampers can be assumed as viscous dampers. The equations of motion are derived by energy expressions using extended Hamilton's principle, and some numerical results using Galerkin's method are presented. Critical flow velocities and stability maps of the pipe with external dampers and tip mass are obtained for various tip mass ratios, external damping coefficients and positions of the viscous dampers.

• Computational Structural Engineering
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• v.8 no.3
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• pp.67-74
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• 1995

This study develops 2-D analysis method of a base-isolated pool structure, and verifies the method through shaking table test using a scaled model. A wall of the pool structure is modeled as lumped mass, and added mass of the fluid is imposed on the nodes of the structure to consider the hydrodynamic effect of contained fluid. The equation of motion of base-isolated pool structure is obtained by coupling of two equations for superstructure composed of wall and fluid, and for bottom slab and isolator. The scaled model for shaking table test is made with transparent acryle, and 4-high damping laminated rubber bearings are used. The responses of the scaled model by the test are generally good agreement with those by the analysis. It is shown that 2-D analysis method gives somewhat conservative results.

• 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.