Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.37
no.2
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pp.111-117
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2013
A valveless pump consisting of a pumping chamber with an elastic tube was simulated using an immersed boundary method. The interaction between the motion of the elastic tube and the pumping chamber generated a net flow toward the outlet through a full cycle of the pump. The net flow rate of the valveless pump was examined by varying the stretching coefficient, bending coefficient, and aspect ratio of the elastic tube. Photographs of the fluid velocity vectors and the wave motions of the elastic tube were examined over one cycle of the pump to gain a better understanding of the mechanism underlying the valveless pump. The relationship between the gap in the elastic tube and the average flow rate of the pump was analyzed.
The paper deals with the interaction between three Griffith cracks propagating under antiplane shear stress at the interface of two dissimilar infinite elastic half-spaces. The Fourier transform technique is used to reduce the elastodynamic problem to the solution of a set of integral equations which has been solved by using the finite Hilbert transform technique and Cooke’s result. The analytical expressions for the stress intensity factors at the crack tips are obtained. Numerical values of the interaction efect have been computed for and results show that interaction effects are either shielding or amplification depending on the location of each crack with respect to other and crack tip spacing. AMS Mathematics Subject Classification : 73M25.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.24
no.4
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pp.421-427
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2015
In this paper, a description is given of finite element method (FEM) simulations of the elastic bending modulus of multi-layered graphene sheets that were carried out to investigate the mechanical behavior of graphene sheets with different gap thicknesses through molecular mechanics theory. The interaction forces between layers with various gap thicknesses were considered based on the van der Waals interaction. A finite element (FE) model of a multi-layered rectangular graphene sheet was proposed with beam elements representing bonded interactions and spring elements representing non-bonded interactions between layers and between diagonally adjacent atoms. As a result, the average elastic bending modulus was predicted to be 1.13 TPa in the armchair direction and 1.18 TPa in the zigzag direction. The simulation results from this work are comparable to both experimental tests and numerical studies from the literature.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.22
no.8
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pp.763-770
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2012
The free vibration characteristics of fluid-filled cylindrical shells on partial elastic foundations are investigated by an analytical method. The cylindrical shell is fully or partially surrounded by the elastic foundations, these are represented by the Winkler or Pasternak model. The motion of shell is represented by the first order shear deformation theory to account for rotary inertia and transverse shear strains. The steady flow of fluid is described by the classical potential flow theory. The fluid-structure interaction is considered in the analysis. The effect of internal fluid can be considered by imposing a relation between the fluid pressure and the radial displacement of the structure at the interface. To validate the present method, the numerical example is presented and compared with the available existing results.
Noise generated by the blunt trailing edge of lifting surfaces is investigated in this study using fluid structure interaction theory. First, through the eddy modeling, noise generation doe to the flow instability on the rigid trailing edge is surveyed. Then the behavior of elastic cantileverd beam is investigated. Parametric study based on various material properties is employed to analyze the motion of the beam. Moreover, each eigenmode approach of cantilevered beam is used to find when flow induced vibration is resonant. To analyze elastic behavior of cantilever beam efficiently, moving grid generation technique based on non-conservative form of Navier-Stokes equation is used. Equation of the motion associated with the cantilever beam is discretized by the Galerkin procedure with forced vibration. As a consequence, behavior of the elastic cantilevered beam is stable when the first mode natural frequency of the material is relatively higher than that of flow induced pressure fluctuation.
Wind turbine structures are long slender columns with a rotor and blade assembly placed on the top. These slender structures vibrate due to dynamic environmental forces and its own dynamics. Analysis of the dynamic behavior of wind turbines is fundamental to the stability, performance, operation and safety of these systems. In this paper a simplied approach is outlined for free vibration analysis of these long, slender structures taking the soil-structure interaction into account. The analytical method is based on an Euler-Bernoulli beam-column with elastic end supports. The elastic end-supports are considered to model the flexible nature of the interaction of these systems with soil. A closed-form approximate expression has been derived for the first natural frequency of the system. This new expression is a function of geometric and elastic properties of wind turbine tower and properties of the foundation including soil. The proposed simple expression has been independently validated using an exact numerical method, laboratory based experimental measurement and field measurement of a real wind turbine structure. The results obtained in the paper shows that the proposed expression can be used for a quick assessment of the fundamental frequency of a wind turbine taking the soil-structure interaction into account.
This study examines how the interaction between soil and a wind turbine's supporting system affects the optimal design. The supporting system resting on an elastic soil foundation consists of a steel conical tower and a concrete circular raft foundation, and it is subjected to wind loads. The material cost of the supporting system is aimed to be minimized employing various metaheuristic optimization algorithms including teaching-learning based optimization (TLBO). To include the influence of the soil in the optimization process, modified Vlasov and Gazetas elastic soil models are integrated into the optimization algorithms using the application programing interface (API) feature of the structural analysis program providing two-way data flow. As far as the optimal designs are considered, the best minimum cost design is achieved for the TLBO algorithm, and the modified Vlasov model makes the design economical compared with the simple Gazetas and infinitely rigid soil models. Especially, the optimum design dimensions of the raft foundation extremely reduce when the Vlasov realistic soil reactions are included in the optimum analysis. Additionally, as the designated design wind speed is decreased, the beneficial impact of soil interaction on the optimum material cost diminishes.
This paper studies the dynamics of the lineal-located time-harmonic moving-with-constant-velocity load which acts on the hydro-elastic system consisting of the elastic plate, compressible viscous fluid - strip and rigid wall. The plane-strain state in the plate is considered and its motion is described by employing the exact equations of elastodynamics but the plane-parallel flow of the fluid is described by the linearized Navier-Stokes equations. It is assumed that the velocity and force vectors of the constituents are continuous on the contact plane between the plate and fluid, and impermeability conditions on the rigid wall are satisfied. Numerical results on the velocity and stress distributions on the interface plane are presented and discussed and the focus is on the influence of the effect caused by the interaction between oscillation and moving of the external load. During these discussions, the corresponding earlier results by the authors are used which were obtained in the cases where, on the system under consideration, only the oscillating or moving load acts. In particular, it is established that the magnitude of the aforementioned interaction depends significantly on the vibration phase of the system.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.15
no.4
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pp.727-739
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2002
Based on a generalized variational principle for magneto-thermo-elasticity, a theoretical model is proposed to describe the coupled magneto-thermo-elastic interaction in soft ferromagnetic plates. Using the linearized theory of magneto-elasticity and perturbation technique, we analyze the magneto-elastic and magneto-thermo-elastic instability of simply supported ferromagnetic plates subjected to thermal and magnetic fields. A nonlinear finite element procedure is developed next to simulate the magneto-thermo-elastic behavior of a finite-size ferromagnetic plates. The effects of thermal and magnetic fields on the magneto-thermo-elastic bending and buckling is investigated in some detail.
Cui, Chunyi;Zhang, Shiping;Chapman, David;Meng, Kun
Geomechanics and Engineering
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v.15
no.2
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pp.793-803
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2018
Based on the theory of porous media, an interaction system of a floating pile and a saturated soil in cylindrical coordinates subjected to vertical harmonic load is presented in this paper. The surrounding soil is separated into two distinct layers. The upper soil layer above the level of pile base is described as a saturated viscoelastic medium and the lower soil layer is idealized as equivalent spring-dashpot elements with complex stiffness. Considering the cylindrically symmetry and the pile-soil compatibility condition of the interaction system, a frequency-domain analytical solution for dynamic impedance of the floating pile embedded in saturated viscoelastic soil is also derived, and reduced to verify it with existing solutions. An extensive parametric analysis has been conducted to reveal the effects of the impedance of the lower soil base, the interaction coefficient and the damping coefficient of the saturated viscoelastic soil layer on the vertical vibration of the pile-soil interaction system. It is shown that the vertical dynamic impedance of the floating pile significantly depends on the real stiffness of the impedance of the lower soil base, but is less sensitive to its dynamic damping variation; the behavior of the pile in poro-visco-elastic soils is totally different with that in single-phase elastic soils due to the existence of pore liquid; the effect of the interaction coefficient of solid and liquid on the pile-soil system is limited.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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