The Wavenumber or more accurately Wavenumber-FD approach was initially introduced for two-dimensional dynamic analysis of concrete gravity dam-reservoir systems. The technique was formulated in the context of pure finite element programming in frequency domain. Later on, a variation of the method was proposed which was referred to as Wavenumber-TD approach suitable for time domain type of analysis. Recently, it is also shown that Wavenumber-FD approach may be applied for three-dimensional dynamic analysis of concrete arch dam-reservoir systems. In the present study, application of its variation (i.e., Wavenumber-TD approach) is investigated for three-dimensional problems. The method is initially described. Subsequently, the response of idealized Morrow Point arch dam-reservoir system is obtained by this method and its special cases (i.e., two other well-known absorbing conditions) for time harmonic excitation in stream direction. All results for various considered cases are compared against the exact response for models with different values of normalized reservoir length and reservoir base/sidewalls absorptive conditions.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.26
no.7
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pp.765-773
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2016
The vehicle interior noise caused by exterior fluid flow field is one of critical issues for product developers in a design stage. Especially, turbulence and vortex flow around A-pillar and side mirror affect vehicle interior noise through a side window. The reliable numerical prediction of the noise in a vehicle cabin due to exterior flow requires distinguishing between the aerodynamic (incompressible) and the acoustic (compressible) surface pressures as well as accurate computation of surface pressure due to this flow, since the transmission characteristics of incompressible and compressible pressure waves are quite different from each other. In this paper, effective signal processing technique is proposed to separate them. First, the exterior flow field is computed by applying computational aeroacoustics techniques based on the Lattice Boltzmann method. Then, the wavenumber-frequency analysis is performed for the time-space pressure signals in order to characterize pressure fluctuations on the surface of a vehicle side window. The wavenumber-frequency diagrams of the power spectral density shows clearly two distinct regions corresponding to the hydrodynamic and the acoustic components of the surface pressure fluctuations. Lastly, decomposition of surface pressure fluctuation into incompressible and compressible ones is successfully accomplished by taking the inverse Fourier transform on the wavenumber-frequency diagrams.
Dynamic analysis of concrete gravity dam-reservoir systems is an important topic in the study of fluid-structure interaction problems. It is well-known that the rigorous approach for solving this problem relies heavily on employing a two-dimensional semi-infinite fluid element. The hyper-element is formulated in frequency domain and its application in this field has led to many especial purpose programs which were demanding from programming point of view. In this study, a technique is proposed for dynamic analysis of dam-reservoir systems in the context of pure finite element programming which is referred to as the wavenumber approach. In this technique, the wavenumber condition is imposed on the truncation boundary or the upstream face of the near-field water domain. The method is initially described. Subsequently, the response of an idealized triangular dam-reservoir system is obtained by this approach, and the results are compared against the exact response. Based on this investigation, it is concluded that this approach can be envisaged as a great substitute for the rigorous type of analysis.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.17
no.2
s.119
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pp.121-129
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2007
There has been much effort to find suitable methods for structural analysis in the mid-frequency region where traditional low frequency methods have increasing uncertainties whilst statistical energy analysis is not strictly applicable. Systems consisting of relatively stiff beams coupled to flexible plates have a particularly broad mid-frequency region where the beams support only a few modes whilst the plate has a high modal density and modal overlap. A system of two parallel beams coupled to a plate is investigated based on the wave method, which is an approximate method. Muller's method is utilised for obtaining complex roots of a dispersion wave equation, which does not converge in the conventional wave method based on a simple iteration. The wave model is extended from a single-beam-plate system, to a plate with two identical beams which is modelled using a symmetric-antisymmetric technique. The important hypothesis that the coupled beam wavenumber is sufficiently smaller than the plate free wavenumber is experimentally verified. Finally, experimental results such as powers and energy ratios show the validity of the analytical wave models.
In this study, we consider Taylor-Couette flow with the outer cylinder at rest and the inner one oscillating with a mean angular velocity. Varying the mean angular velocity, amplitude and frequency of the oscillation, we investigate the characteristics of modulated Taylor vortices. At a constant mean angular velocity, Taylor vortices intensify as the amplitude increases and frequency decreases. The axial wavenumber is calculated by spectral analysis. When the frequency varies, the axial wavenumber does not change at a constant mean angular velocity and amplitude. But, the axial wavenumber increases, as the mean angular velocity increases.
Ku, Garam;Lee, Songjune;Kim, Kuksu;Cheong, Cheolung
The Journal of the Acoustical Society of Korea
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v.36
no.5
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pp.314-320
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2017
A pressure relief valve is generally used to prevent piping systems from being broken due to high pressure gas flows. However, the sudden pressure drop caused by the pressure relief valve produces high acoustic energy which propagates in the form of compressible acoustic waves in the pipe and sometimes causes severe vibration of the pipe structure, thereby resulting in its failure. In this study, internal aerodynamic noise due to valve flow is estimated for a simple contraction-expansion pipe by combining the LES (Large-Eddy Simulation) technique with the wavenumber-frequency analysis, which allows the decomposition of fluctuating pressure into incompressible hydrodynamic pressure and compressible acoustic pressure. In order to increase the convergence, the steady Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations are numerically solved. And then, for the unsteady flow analysis with high accuracy, the unsteady LES is performed with the steady result as the initial value. The wavenumber-frequency analysis is finally performed using the unsteady flow simulation results. The wavenumber-frequency analysis is shown to separate the compressible pressure fluctuation in the flow field from the incompressible one. This result can provide the accurate information for the source causing so-called acoustic-induced-vibration of a piping system.
Hambric, Stephen A.;Shaw, Matthew D.;Campbell, Robert L.
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.6
no.6
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pp.515-528
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2019
The structural vibrations of a flat plate induced by fluctuating wall pressures within wall-bounded transonic jet flow downstream of a high-aspect ratio rectangular nozzle are simulated. The wall pressures are calculated using Hybrid RANS/LES CFD, where LES models the large-scale turbulence in the shear layers downstream of the nozzle. The structural vibrations are computed using modes from a finite element model and a time-domain forced response calculation methodology. At low flow speeds, the convecting turbulence in the shear layers loads the plate in a manner similar to that of turbulent boundary layer flow. However, at high nozzle pressure ratio discharge conditions the flow over the panel becomes transonic, and the shear layer turbulence scatters from shock cells just downstream of the nozzle, generating backward traveling low frequency surface pressure loads that also drive the plate. The structural mode shapes and subsonic and transonic surface pressure fields are transformed to wavenumber space to better understand the nature of the loading distributions and individual modal responses. Modes with wavenumber distributions which align well with those of the pressure field respond strongly. Negative wavenumber loading components are clearly visible in the transforms of the supersonic flow wall pressures near the nozzle, indicating backward propagating pressure fields. In those cases the modal joint acceptances include significant contributions from negative wavenumber terms.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.20
no.9
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pp.816-821
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2010
The paper presents a theoretical analysis on the propagation characteristics of the high-frequency wave in an elastic waveguide whose diameter is less than or similar to the wavelength. The theoretical results were verified by comparing them with the numerical results obtained by the boundary-element method. The ratio of the waveguide diameter to the wavelength affects the number of the existing wavenumber, and thus it affects the propagation characteristics. In the media with attenuation, the trend is similar to that in the media without attenuation except the decreasing amplitude.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.60
no.1
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pp.20-30
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2023
In this paper, the Energy Flow Finite Element Analysis (EFFEA) was performed to predict the acoustic and vibrational responses of complicated plate structures considering improved Fluid-Structure Interaction (FSI). For this, a new power transfer relationship was derived at the area junction where two different fluids are in contact on both sides of the plate. In order to increase the reliability of EFFEA of complicated plate structures immersed in a high-density fluid, the corrected flexural wavenumber and group velocity considering fluid-loading effect were derived. As the specific acoustic impedance of the fluid in contact with the plate increases, the flexural wavenumber of the plate increases. As a result, the flexural group velocity is reduced, and the spatial damping effect of the flexural energy density is increased. Additionally, for the EFFEA of arbitary-shaped built-up structures, the energy flow finite element formulation for the acoustic tetrahedral element was newly performed. Finally, for validation of the derived theory and developed software, numerical applications of complicated plate structures submerged in seawater or air were successfully performed.
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