Bileaflet mechanical valves have the complications such as hemolytic and thromboembolic events, leaflet damage, and leaflet break. These complications are related with the fluid velocity and shear stress characteristics of mechanical heart valves. This fact makes clear the importance of determining the fluid velocity and shear stress characteristics of mechanical heart valves, and requires a detailed understanding of these system properties and further substantial research. The first aim of current study is to introduce fluid-structure interaction method for calculation of unsteady and three-dimensional blood flow through bileaflet valve and leaflet behavior interacted with its flow, and to overcome the shortness of previous studies, where the leaflet motion has been ignored or simplified, by using FSI method. To accomplish this goal, a finite volume computational fluid dynamics code and a finite element structure dynamics code have been used concurrently to solve the flow and structure equations, respectively, to investigate the interaction between the blood flow and leaflet. Physiologic ventricular and aortic pressure waveforms were prescribed as flow boundary conditions. The interaction of aortic flow and valve motion were computed.
With more and more high-rise building being constructed in recent decades, bluff body flow with high Reynolds number and large scale dimensions has become an important topic in theoretical researches and engineering applications. In view of mechanics, the key problems in such flow are high Reynolds number turbulence and fluid-solid interaction. Aiming at such problems, a parallel fluid-structure interaction method based on socket parallel architecture was established and combined with the methods and models of large eddy simulation developed by authors recently. The new method is validated by the full two-way FSI simulations of 1:375 CAARC building model with Re = 70000 and a full scale Taipei101 high-rise building with Re = 1e8, The results obtained show that the proposed method and models is potential to perform high-Reynolds number LES and high-efficiency two-way coupling between detailed fluid dynamics computing and solid structure dynamics computing so that the detailed wind induced responses for high-rise buildings can be resolved practically.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.55
no.4
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pp.321-329
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2018
Resonance phenomena occurs at large vertical pump which is operating to cool down the hot steam using sea water in the power plant. To avoid the resonance, the natural frequency needs to be isolated about 20% from motor operating speed. Yet, excessive vibration occurs especially at low tide. At first, natural frequency of the whole pump system and each part is calculated using ANSYS. As it is revealed in the previous journal papers that only circular pipe part is related to resonance, the FSI technique is applied for free vibration analysis. The natural frequency is reduced to 60% (compared to that) of the frequency measured in air as it is similar to other published results. And the frequency obtained by finite element analysis is almost same to that obtained from modal test. Based on the accurate finite element model and analysis, design change is tried to avoid the resonance by changing the thickness of pipe and base supporting plate. In stead of doing optimization process, design sensitivity is computed and used to find such designs to avoid resonance.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.48
no.4
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pp.308-316
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2011
Although a yacht sails operate with large displacement due to very thin thickness, many studies for flow around yacht sails have not considered the sail deformation. The sail deformation not only caused a change in the center of effect(CE) on the sail but also a change in the thrust of the sail. The change of the CE and thrust affects the center of lateral resistance(CLR) and side forces of the hull, and the balance of the yacht. These changes affect the motion of the yacht which changes the velocity of the yacht. Thus, when analyzing the flow around yacht sails, the sail deformation should be considered. In the present study, fluid-structure-interaction(FSI) analysis of a two dimensional section of yacht sails was performed to consider the effects of sail deformation on the lift and drag performance. FSI and moving mesh methods were studied. Computational methods were verified using benchmark test cases such as the flow around horizontal and vertical cantilever beams. Shape deformation, pressure distribution, lift forces and separation flow were compared for both rigid and deformable sail.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.6
no.3
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pp.652-669
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2014
This paper concerns the kinematic characteristics of a coupling device in a deep-seabed mining system. This coupling device connects the buffer system and the flexible pipe. The motion of the buffer system, flexible pipe and mining robot are affected by the coupling device. So the coupling device should be considered as a major factor when this device is designed. Therefore, we find a stable kinematic device, and apply it to the design coupling device through this study. The kinematic characteristics of the coupling device are analyzed by multi-body dynamics simulation method, and finite element method. The dynamic analysis model was built in the commercial software DAFUL. The Fluid Structure Interaction (FSI) method is applied to build the deep-seabed environment. Hydrodynamic force and moment are applied in the dynamic model for the FSI method. The loads and deformation of flexible pipe are estimated for analysis results of the kinematic characteristics.
In this study, The watertight damper was designed to improve conventional DN 350A butterfly valve. The FSI(Fluid-Structure Interaction) analysis has performed to investigate the safety factor for the watertight damper. When watertight damper of disk was closed, the disk of pressure value is constant. However depending on the opening angle of disk, the flow velocity and pressure are changed. The maximum velocity was appeared at the end of disk on the small outlet area of duct. When the opening angel of disk is $90^{\circ}$, the maximum velocity was appeared at the center of ending disk. So we were found the opening angle of disk is bigger, the flow rate is increased and velocity is also increased from the result of FSI analysis. We can find the least deformation and stress when the opening angel of damper is $90^{\circ}$. When the $45^{\circ}$ opening angle of disk, the largest deformation and stress was found and the minimum safety factor 1.3 was calculated. As a result, we found that the structure of watertight damper is safe enough irrespective of opening angel.
In this study, a direct Lagrangian-based three-dimensional computational procedure is developed to evaluate the seismic performance of reinforced concrete liquid-containing circular tanks (RC-LCT). In this approach, fluid-structure interaction (FSI), material nonlinearity, and liquid-structure large deformations are formulated realistically. Liquid is modeled using Mie-Grüneisen equation of state (EOS) in compressible form considering the convective and impulsive motions of fluid. The developed numerical framework is validated based on a previous study. Further, nonlinear analyses are carried out to assess the seismic performance of RC-LCT with various diameter-to-liquid height ratios ranging from 2.5 to 4.0. Based on observations, semi-deep tanks (i.e., D/Hl=2.5) show low collapse ductility due to their shear failure mode while shallow tanks (i.e., D/Hl=4.0) behave in a more ductile manner due to their dominant wall membrane action. Furthermore, the semi-deep tanks provide the least over-strength and ductility due to their catastrophic failure with little energy dissipation. This study shows that LCTs can be categorized as between immediately operational and life safety levels and therefore a drift limiting criterion is necessary to prevent probable damages during earthquakes.
The effect of hydrodynamic damping on intake tower is twofold: one is fluid damping and another is structural damping. Fluid damping can be derived analytically from the governing equation of the fluid-structure-interaction (FSI) problem which yields a very complicated solution. To avoid the complexity of the FSI problem water-tower system can be simplified by considering water as added mass. However, in such a system a reconsideration of structural damping is required. This study investigates the effects of this damping on the dynamic response of the intake tower, where, apart from the "no water (NW)" condition, six other cases have been adopted depending on water height. Two different cross-sections of the tower are considered and also two different damping properties have been used for each case as well. Dynamic analysis has been carried out using horizontal ground motion as input. Finally, the result shows how hydrodynamic damping affects the dynamic behavior of an intake tower with the change of water height and cross-section. This research will help a designer to consider more conservative damping properties of intake tower which might vary depending on the shape of the tower and height of water.
In this study, an effective method to estimate the fundamental frequencies of co-axial cylinders immersed in fluid is proposed. The proposed method makes use of the equivalent mass or density that is derived from the added mass matrix caused by the fluid-structure interaction (FSI) phenomenon. The equivalent mass is defined from the added mass matrix based on a 2-D potential flow theory. The theory on two co-axial cylinders extended to the case of three cylinders. To prove the validity of the proposed method, the eigenvalue analyses upon coaxial cylinders coupled with fluid gaps are peformed using the equivalent mass. The analyses results upon various fluid gap is conditions reveal that the present method could provide accurate frequencies and be suitable for expecting the fundamental frequencies of fluid coupled cylinders in beam mode vibration.
In this study, one-way fluid structure interaction analysis(FSI) on wind turbine blade was performed. Both a quantitative fluid analysis on 3-bladed wind turbine and a structural analysis using the surface pressure data resulting from fluid analysis were carried out. Streamlines and angle of attack was easily acquired from analysis results, we showed the inlet velocity that the stall begins to occur. In the structural analysis, structural displacement and maximum stress of the two comparative models was calculated. The location that has maximum stress was found. The pressure difference between back and front part of the blade increases as the inlet velocity increase. The torque and maximum with regard to inlet velocity was also presented.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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