• 해양환경안전학회지
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• 제28권2호
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• pp.377-384
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• 2022

선박, 잠수함이 추진하면 수중구조물 후류에 와류가 발생하고 이에 따른 와류기인 구조진동이 유발된다. 최근 선박, 잠수함의 고속화 및 대형화 추세에 따라 고차모드에서 유발되는 와류기인 진동 및 피로파괴에 대한 중요성이 강조되고 있다. 고속 유속환경의 와류는 저속 유속환경 대비 큰 진동을 유발하므로 이에 관한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 수중날개 고차모드에서 유발되는 와류기인 진동을 예측하기 위한 하이브리드 유체구조연성 해석 방법론을 제시하였다. 고차모드를 고려한 하이브리드 유체구조연성 해석을 수행하여 와류기인 진동을 도출하고 실험결과와 비교함으로써 방법론을 검증하였다. 최종적으로 와류기인 진동으로부터 도출된 최대 von Mises 응력을 노르웨이 선급에서 제시한 S-N 선도에 적용함으로써 고차모드 유체구조연성 해석의 효용성을 확인하였다. 고차모드를 고려하여 와류기인 진동응답을 도출할 경우 유체구조연성에 의한 락인(Lock-in) 특성을 확인하였으며 고려하지 않은 경우 대비 진동응답과 최대 von Mises 응력에서 10배 이상의 차이를 보였다. 향후에는 외팔보 경계조건 및 형상에 대한 확장연구가 필요하다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권3호
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• pp.8-13
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• 2018

외부 충격에 대한 연료탱크의 구조 건전성을 확인하기 위해서는 연료탱크 내부 연료의 거동과 그에 따른 영향성을 파악할 수 있는 유체-구조 연성해석을 수행해야 한다. 과거에는 유체-구조 연성해석을 수행하기 위해서는 상당한 전산자원과 과도한 계산시간이 필요하여 수치해석 결과를 도출하기까지 많은 제약이 있었다. 하지만, 최근 컴퓨터 성능이 획기적으로 향상되어 유체-구조 연성해석 등의 복잡한 수치해석이 가능하게 되었다. 유체-구조 연성해석을 위해 주로 사용되는 방법은 ALE(Arbitrary Lagrangian and Eulerian)와 입자법(Smoothed Particle Hydrodynamic)이 있다. 두 방법에는 상호 장단점이 있기 때문에 수치해석의 목적에 따라 적합한 방법을 적용하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 ALE을 적용하여 연료탱크 충돌충격 시험 수치모사를 수행하였다. 수치해석 목적은 충돌충격하중에 의해 컨테이너 내부에 장착된 연료탱크의 파손 가능성을 확인하는 것인데, 수치해석의 결과로 연료탱크 내부의 유체 거동을 파악하고, 충격하중에 의해 연료탱크와 컨테이너 구조물에서 발생하는 응력을 계산하여 연료탱크 파손 여부에 따른 내부 유체의 누설 가능성을 제고하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제32권2호
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• pp.127-134
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• 2008

The aerodynamically excited vibration and natural frequency of rotating disks are analytically studied in this paper. The theoretical analysis uses a fluid-structure model where the aerodynamic effects are represented in terms of elastic, lift and drag forces. The explicit expressions on natural frequencies of the air coupled disk are obtained as functions of the aerodynamic coefficients. for the three cases where the disk rotates in three different cases (in vacuum, in open air without enclosure, and close to rigid wall). The theoretical results give that the natural frequencies of rotating disks in air are smaller than those in vacuum, because the effect of the added fluid mass decreases the frequencies. This paper also proposes an analytical method to predict the flutter speed of a rotating disk.

• 대한기계학회논문집A
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• 제32권2호
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• pp.135-142
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• 2008

Experimental studies on the aerodynamic coupling effect on natural frequencies, critical speed and flutter instability of rotating disks are investigated in this paper. The theoretical analysis uses a fluid-structure model where the aerodynamic effects are represented in terms of elastic, lift and damping and stiffness components. The experiments performed using a vacuum chamber and ASMO/DVD disks rotating in vacuum, open and enclosure in several gaps with stationary wall give three main results. One is that the aerodynamic effect by the surrounding air reduces the natural frequencies and critical speeds of the vibration modes. The second is that natural frequency of disks rotating in open air is larger than that in enclosure. Finally, it is shown that the disk vibration is reduced as the gap between the disk and the rigid wall decreases.

• 한국정밀공학회:학술대회논문집
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• 한국정밀공학회 1997년도 추계학술대회 논문집
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• pp.668-671
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• 1997

In order to investigate the vibration characteristics of fluid-structure interaction problem, we modeled two identical rectangular plates coupled with bounded fluid. The fixed boundary condition along the plate edges and an ideal fluid were assumed. A commercial computer code, ANSYS was used to perform finite element analysis and FEM solutions were compared with the experimental results to modify the finite element model. As a result, comparison of FEM and experiment showed good agreement, and the transverse vibration modes, in-phase and out of-phase. were observed alternately in the tluid-coupled system. The effects of distance between two rectangular plates and width to length ratio on the fluid-coupled natural frequency were investigated. And it was found that the ormalized natural frequency of the fluid-coupled system monotonically increased with an increase in the number of modes.

• 한국소음진동공학회논문집
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• 제21권10호
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• pp.905-915
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• 2011

The free flexural vibration of a hanged clamped-free cylindrical shell partially submerged in water with gap from bottom is investigated. The fluid is assumed to be inviscid and irrotational. The cylindrical shell is modeled by using the Rayleigh-Ritz method based on the Sanders shell theory. The kinetic energy of the fluid is derived by solving the boundary-value problem related to the fluid motion. The natural vibration characteristics of the partially submerged cylindrical shell are discussed with respect to the added virtual mass approach. In this study, experiments were carried out to confirm theoretical results. It was found that theoretical prediction is in good agreement with experimental results.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2001년도 춘계학술대회논문집B
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• pp.386-391
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• 2001

In this paper, the vibration characteristics of IHTS(Intermediate Heat Transfer System) piping system of LMR(Liquid Metal Reactor) conveying hot liquid sodium are investigated to eliminate the pipe supports for economic reasons. To do this, a 3-dimensional straight pipe element and a curved pipe element conveying fluid are formulated using the dynamic stiffness method of the wave approach and coded to be applied to any complex piping system. Using this method, the dynamic characteristics including the natural frequency, the frequency response functions, and the dynamic instability due to the pipe internal flow velocity are analyzed. As one of the design parameters, the vibration energy flow is also analyzed to investigate the disturbance transmission paths for the resonant excitation and the non-resonant excitations.

• 한국항해항만학회지
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• 제36권3호
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• pp.215-223
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• 2012

플로팅 함체의 강성변화가 상부 철골모멘트연성골조에 미치는 영향을 확인하기 위해 함체의 높이를 1.5m, 2.0m, 2.5m로 변화시키면서 파랑하중 3초에서 15초에 대하여 동적 유체 해석과 그에 따른 파력을 산정하고 정적 구조 해석을 수행하였다. 해석결과, RAO-피치와 상부 골조의 모멘트 증가량이 선형적인 관계이고 함체의 곡률이 구조물의 강성과 반비례함을 확인하였다. 이러한 선형적 결과를 종합하여, 임의의 함체에 대한 상부골조의 해석 결과를 이용하여 함체 높이가 다른 경우에도 상부 골조의 모멘트를 추정하는 절차를 제안하였으며, 추정결과가 해석결과와 상당히 잘 일치함을 확인하였다.

• 한국음향학회지
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• 제20권1호
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• pp.68-76
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• 2001

유한요소법을 이용하여 압전 수중음향센서의 모델링 및 음향특성을 해석하였다. 압전 수중음향센서의 해석에서 기본적인 압전-탄성 구조물과 유체-구조물의 연성해석을 위한 유한요소 정식화를 하였으며 무한영역의 음향유체를 처리하기 위하여 IWEE (Infinite Wave Envelop Element)를 도입하였다. Tonpilz형 수중음향센서를 수중 산란체로 볼 경우 입사파가 산란체의 표면을 가진할 때 산란체로부터 발생되는 산란파는 IWEE로 인하여 무한 유체영역에서의 산란파의 감소특성을 갖게 되어 무한영역을 유한영역으로 나눈 인위적인 경계에서 반사가 일어나지 않게 되므로 산란파의 음압을 정확히 구할 수 있었다. 또한, 이러한 산란해석을 바탕으로 입사파에 대한 음향센서 내부의 전기적 응답특성인 RVS (Receiving Voltage Signal)를 구하였다. 이러한 일련의 연구 과정들은 소나 시스템을 정확히 해석하고 음향특성을 예측하는데 큰 도움이 될 것이다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제23권3호
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• pp.248-257
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• 2011

본 연구에서는 규칙파동장에 있어서 인장계류된 원형부유체의 파랑응답해석에 2차원 Navier-Stokes solver에 기초한 새로운 수치파동수조모델을 제안하였다. 본 수치파동수조모델에서는 이동구조물과 유체와의 상호작용을 해석하기 위하여 직각좌표계에서 임의형상의 불투과경계를 갖는 구조물과 유체와의 연성해석이 가능한 IBM(Immersed Boundary Method)과 자유수면 추적을 위한 VOF(Volume of Fluid)법을 결합하였다. 부유체운동에 대한 수치결과를 기존의 FAVOR(Fractional Area Volume Obstacle Representation)법에 의한 계산결과 및 수리실험과 비교하였다. 게다가, 수치모델의 보다 자세한 검증을 위하여 원형부유체의 동요 및 자유수면변동에 관한 수리모형을 추가로 실시하였고, 제안된 수치모델의 범용성과 타당성을 검증하기 위하여 직사각형부유체에 대한 수치 및 수리실험도 병행하였다. 이로부터 추정된 수치계산결과는 실험결과를 잘 재현하고 있는 것으로 판단되었다.