For long slender offshore structures, such as cables and pipe lines, their interaction with surrounding fluid flow becomes an important issue for global design of ocean systems. We employ a long circular cylinder as a representative case of slender offshore structure. A flexibly mounted cylinder in cross-flow generates complex vortex shedding and results in oscillation of the structure. In this paper, flow behind a circular cylinder at Re=100 is simulated. The vortex shedding pattern and flow induced motion are examined in the cross flow configuration as well as with various yaw-angled configurations. The "Lock-in" phenomenon is also observed when reduced velocity is approximately 4.0. The MAC Grid system, which is the typical grid system for Cartesian mesh and pressure correction methods, are used for solving the incompressible Navier-Stokes equations. Predictor/Corrector method is applied for obtaining a non-linear response of structure at the flexibly mounted. The existance and motion of the body is represented by the immersed boundary technique.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제1권1호
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pp.20-28
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2009
In thus paper we validate a numerical model for wave-structure interaction by comparing numerical results with laboratory data. The numerical model is based on the Navier-Stokes (N-S) equations for an incompressible fluid. The N-S equations are solved by a two-step projection finite volume scheme and the free surface displacements are tracked by the volume of fluid (VOF) method The numerical model is used to simulate solitary waves and their interaction with a group of slender vertical piles. Numerical results are compared with the laboratory data and very good agreement is observed for the time history of free surface displacement, fluid particle velocity and wave force. The agreement for dynamic pressure on the cylinder is less satisfactory, which is primarily caused by instrument errors.
There have been many investigations of predicting the added resistance of a ship in seaway since Havelock discussed this topic in 1937. Among these researches, Maruo's theoretical approach is known as the most consistent mathematical representation for added resistance of a ship in regular head sea. In his theory, the hull form of a ship is represented under the slender body approximation. But the motion responses which were used for the calculation of the added resistance have been obtained by using the strip method which is based on an approximation that the hull form may be expressed as set of two dimensional cylinder sections in longitudinal direction. Therefore two different methods for hull form representation were implicity used in Maruo's original work for the added resistance calculation. Utilizing the characteristics that hull forms are usually slender, Kan expressed the hull form as two dimensional cylinder at each station by using the Taylor series expansion for the length wise direction. Putting this idea into Maruo's original work, the added resistance can be obtained with the explicitly unique representation of the hull form. For the purpose of comparison the added resistance of a hull form(series 60, Cb=0.6) was calculated by using the motion response obtained by Shintani. The numerical result showes a good qualitative agreement with the experimental result by Sibul.
The purpose of this study is to provide a basic data of clothing development which can improve the satisfaction of the body shape by examining the subjective evaluation and type characteristics of the old-old women themselves. Q methodology was used for the study of subjectivity. The types of the body shape of the old-old women were analyzed as five types: bent body with protruding abdomen, backward bent body with slender legs, inverted triangle, swollen cylinder, triangle. The bent body with protruding abdomen had a bent back and waist. They were recognized that the bust and shoulders were sagging and abdomen was protruding. The backward bent body with slender legs was the smallest of the five types with a BMI index and shoulders and bust were sagging. And knee and waist were bent and legs were thin. The inverted triangular shape showed the highest BMI index among the 5 types, indicating that it is obese. They thought that the upper body was developed and the lower body and legs were slender. The swollen cylinder shape was analyzed to be the smallest and the most fat body. The triangle shape had developed lower body and bent back and waist. It is considered that a design consideration is needed to cover the disadvantages of the body shape in consideration of not only wearing feeling but also aesthetic part when making clothes. By making ergonomic garments considering the characteristics of body shape, it can be expected to change the body shape due to the wearing of clothing that is not suitable for body shape and the effect on physical health in a positive direction.
A new unified design formula for calculating the composite compressive strength of the axially loaded circular concrete filled double steel tubular (CFDST) short and slender columns is presented in this paper. The formula is obtained from the analytic solution by using the limit equilibrium theory, the cylinder theory and the "Unified theory" under axial compression. Furthermore, the stability factor of CFDST slender columns is derived on the basis of the Perry-Robertson formula. This paper also reports the results of experiments and finite element analysis carried out on concrete filled double steel tubular columns, where the tested specimens include short and slender columns with different steel ratio and yield strength of inner tube; a new constitutive model for the concrete confined by both the outer and inner steel tube is proposed and incorporated in the finite element model developed. The comparisons among the finite element results, experimental results, and theoretical predictions show a good agreement in predicting the behavior and strength of the concrete filled steel tubular (CFST) columns with or without inner steel tubes. An important characteristic of the new formulas is that they provide a unified formulation for both the plain CFST and CFDST columns relating to the compressive strength or the stability bearing capacity and a set of design parameters.
Vortex-induced vibration (VIV) is a significant concern when designing slender structures with square cross sections. VIV strongly depends on structural dynamics and flow states, which depend on the conditions of the approaching flow and shape of a structure. Therefore, the effects of the angle of attack on the coupling effects of VIV for a square cylinder are expected to be significant in practice. In this study, the aerodynamic forces for a fixed and elastically mounted square cylinder were measured using wind pressure tests. Aerodynamic forces on the stationary cylinder are firstly discussed by comparisons of variation of statistical aerodynamic force and wind pressure coefficient with wind angle of attack. The coupling effect between the aerodynamic forces and the motion of the oscillating square cylinder by VIV is subsequently investigated in detail at typical wind angels of attack with occurrence of three typical flow regimes, i.e., leading-edge separation, separation bubble (reattachment), and attached flow. The coupling effect are illustrated by discussing the onset of VIV, characteristics of aerodynamic forces during VIV, and interaction between motion and aerodynamic forces. The results demonstrate that flow states can be classified based on final separation points or the occurrence of reattachment. These states significantly influence coupling effects of the oscillating cylinder. Vibration enhances vortex shedding, which creates strong fluctuations in aerodynamic forces. However, differences in the lock-in range, aerodynamic force, and interaction process for angles of attack smaller and larger than the critical angle of attack revealed noteworthy characteristics in the VIV of a square cylinder.
고층빌딩이나 해양 라이저와 같은 세장 구조물은 구조시스템의 동적 불안정의 주요 원인인 와류유기진동(vortex-induced vibration, VIV)에 의한 동하중에 매우 취약하다. 와류유기진동이 라이저의 고유진동수 영역에서 발생하는 경우 Lock-in현상으로 피로파괴의 우려가 있다. 본 논문에서는 Lock-in 영역에서 구조물과 유동의 동적거동에 대한 수치해석을 다루었으며, 유동조건 변화에도 불구하고 공진 주파수가 유지되는 현상에 대해 분석하였으며, 유입유동에 대해 수직방향으로 자유진동하는 1자유도의 2차원 원형실린더 단면에 대한 비정상 층류를 가정하였다. 각 시간 단계에서 물체의 움직임을 고려하여 유동장 격자를 재생성하며 비정상 유동과 물체의 운동에 대한 지배방정식을 순차적으로 수치해석하여 유체-구조 연성해석을 수행하였다. 결과는 선행연구와 잘 일치함을 보여주었고, Lock-in 현상에 대한 특성을 잘 나타내었다. Lock-in 영역에서는 양력뿐만 아니라 항력도 크게 증가함을 보여주었으며, 실린더의 수직변위는 직경의 20%까지 이름을 나타내었다. 양력과 수직변위의 상관분석을 통해 실린더가 Lock-in 영역에서 양력과 수직변위의 위상차가 동기로부터 반동기로 천이함을 확인하였으며, 이러한 변화가 Lock-in 영역에서 나타나는 공진거동의 원인이 되는 것으로 판된되었다.
Recently, It is proceeding the project of offshore structures in the many contury. A hybrid boundary-integral method is developed for computing wave forces on floating bodies. In this method, using the cylindric boundary for deviding elements, it is convenient to analysis but is difficult to apply to the rectangular or slender bodies. Thus, in this paper, I propose the new method by using the fictitious vertical cylinder of arbitary cross-section and shows results of the numerical analysis for testing.
The global demand for oil and natural gas has increased, and resource development is moving to the deep sea. Floating and flexible offshore structures such as semi-submersible, spar, and FPSO structures have been widely used. The major equipment of floating structures is always exposed to waves, currents, and other marine environmental factors, which cause structural damage. Moreover, flexible risers are susceptible to an exciting force due to the motion of the floating body. The inline and transverse responses from the three-dimensional behavior of a floating structure occur because of various forces. Typical risers are made of steel pipe and applied in the oil and gas development field, but flexible materials such as polyethylene are suitable for OTEC risers. Consequently, the optimal design of a flexible offshore plant requires a dynamic behavior analysis of slender bodies made of the different materials commonly used for offshore flexible risers. In this study, a three-dimensional motion measurement device was used to analyze the displacements of riser models induced by external force factors, and forced oscillation of a riser was linked to forced oscillation under a steady flow and regular wave condition.
Suh Yong-Kweon;Li Zi Lu;Jeong Jong-Hyun;Lee Jun-Hee
Journal of Mechanical Science and Technology
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제20권10호
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pp.1765-1772
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2006
High-pressure die casting such as thixocasting and rheocasting is an effective process in the manufacturing automotive parts. Following the recent trend in the automotive manufacturing technologies, the product design subject to the die casting becomes more and more complex. Simultaneously the injection speed is also designed to be very high to establish a short cycletime. Thus, the requirement of the die design becomes more demanding than ever before. In some cases the product's shape can have multiple slender manifolds. In such cases, design of the inlet and outlet parts of the die is very important in the whole manufacturing process. The main issues required for the qualified products are to attain gentle and uniform flow of the molten liquid within the passages of the die. To satisfy such issues, the inlet cylinder ('bed cylinder' in this paper) must be as large as possible and simultaneously the outlet opening at the end of each passage must be as small as possible. However these in turn obviously bring additional manufacturing costs caused by re-melting of the bed cylinder and increased power due to the small outlet-openings. The purpose of this paper is to develop effective simulation methods of calculation for fluid flows in multiple columns, which mimic the actual complex design, and to get some useful information which can give some contributions to the die-casting industry. We have used a commercial code CFX in the numerical simulation. The primary parameter involved is the size of the bed cylinder. We will show how the very small opening of the outlet can be treated with the aid of the porous model provided in the code. To check the validity of the numerical results we have also conducted a simple experiment by using water.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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