Fluid impact tests on plates containing mesh reinforcement and polypropylene fibers were modeled and simulated using explicit finite element analysis software, LS-DYNA. The scabbing dimensions obtained by the experiments and the simulations were compared and crack formations were matched. The objective was to test the accuracy and fidelity of the model and to confirm that damage caused by fluid impact on the plates can be estimated with a reasonable accuracy over a wide range of impact velocity.
Nguyen, Vu X.;Lieu, Qui X.;Le, Tuan A.;Nguyen, Thao D.;Suzuki, Takayuki;Luong, Van Hai
Steel and Composite Structures
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제42권2호
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pp.243-256
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2022
A coupled finite element method (FEM)-boundary element method (BEM) for analyzing the hydroelastic response of functionally graded carbon nanotube-reinforced composite (FG-CNTRC) floating plates under moving loads is firstly introduced in this article. For that aim, the plate displacement field is described utilizing a generalized shear deformation theory (GSDT)-based FEM, meanwhile the linear water-wave theory (LWWT)-relied BEM is employed for the fluid hydrodynamic modeling. Both computational domains of the plate and fluid are coincidentally discretized into 4-node Hermite elements. Accordingly, the C1-continuous plate element model can be simply captured owing to the inherent feature of third-order Hermite polynomials. In addition, this model is also completely free from shear correction factors, although the shear deformation effects are still taken into account. While the fluid BEM can easily handle the free surface with a lower computational effort due to its boundary integral performance. Material properties through the plate thickness follow four specific CNT distributions. Outcomes gained by the present FEM-BEM are compared with those of previously released papers including analytical solutions and experimental data to validate its reliability. In addition, the influences of CNT volume fraction, different CNT configurations, water depth, and load speed on the hydroelastic behavior of FG-CNTRC plates are also examined.
암반내 불연속면이나 지반-구조물의 접촉면은 열-수리-역학적으로 연계된 거동 특성을 보이므로, 온전한 지배방정식에 근거한 경계면 요소의 개발이 필요하다. 본 논문은 경계면 요소에 대한 힘평형 방정식, 유체의 연속방정식 그리고 에너지 평형 방정식을 유도하였다. 그리고 경계면 요소에 대한 탄소성 역학 모델의 강성행렬을 제시하였다. 개발된 유한요소는 2차원 조건에서 변위는 6절점, 수압과 온도는 4절점을 사용한다. 단층내 유체 주입에 대한 완전연계된 THM 해석은 단층내의 유효응력 감소와 주위 암반의 온도 수축에 의한 주입압의 복합적인 변화을 모델링 할수 있었다. 하지만, 열적 현상을 무시한 HM해석은 수리-역학적 변수를 과다하게 산정하였다.
단면의 형상이 길이방향으로 일정한 무한길이 도파관 구조물 (waveguide structures)에 대한 진동 및 파동전파 특성은 도파관유한요소법 (waveguide finite element method, WFEM)을 이용해 효과적으로 해석할 수 있다. 도파관유한요소법은 2차원 단면만을 FE 모델링하여 해석하므로 모델의 크기가 작고 연산시간이 짧다는 장점이 있다. 도파관 구조물이 외부 유체와 연성된 경우, 원통형 실린더 또는 파이프와 같이 단면의 형상이 단순한 경우에는 이론적 해석을 수행할 수 있다. 반면 복잡한 형상의 단면을 가진 도파관구조물이 유체와 연성된 경우에는 수치해석 방법이 요구된다. 외부 유체와 연성된 도파관 구조물은 외부 유체와 도파관유한요소 (WFE)를 연성시켜 해석하는 수치해석 방법을 고려할 수 있다. 본 논문에서는 외부 유체 모델링에 경계요소 (Boundary Element)를 도입하고 이를 도파관유한요소와 연성시킨 WFE/BE 방법을 소개한다. 이 방법의 적용 예로써 단순형상의 파이프에 대해 외부 유체의 유/무에 따른 분산선도와 가진점 모빌리티 (point mobility)를 구하고 이를 이론해석 결과와 비교하였다. 또한 WFE/BE 방법을 이용해 파이프에서 외부 유체로 방사되는 음향파워를 구하고 접수 유/무에 따른 영향을 살펴보았다.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제32권8호
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pp.1221-1230
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2008
Inflatable rubber dams are used for controlling flood, impounding water for recreations, preventing beach erosions, diverting water for irrigations, and generating hydropower. They are long, flexible, inflated with air, cylindrical structures on a rigid horizontal foundation such as concrete. The dam is modeled as an elastic shell inflated with air. The mechanical behaviors of the inflated dam model were investigated by using the finite element method. The analysis process such as One Way Coupling Fluid-Structure Interaction consists of two steps. First, the influences of the fluid side were investigated, viz, the shape changes of the inflated rubber dam due to the fluid motions was captured when the height of the dam was 30cm with air pressure 0.01MPa, at which the pressure distributions over the surface of the dam were calculated. And next, the structural deformations were calculated using the pressure distributions. The initial inlet velocity for flow field was set to 0.1m/s. The structural deformation behaviors were investigated. The final research goal is to develop a Korean Inflatable Rubber Dam to be used for generating small hydropower.
This paper is presented for the performance of the Fluid Dynamic Bearing(FDB) by the groove design and the tooling condition. Recently, spindle motors which require smaller size, lower sound noise, lower vibration, and higher speed of the rotation have been placed in high value-added products including Digital Lightening Processors(DLP), Hard Disk Drives(HDD), and ODDs. The spindle motors using the sintered porous metal bearing have higher vibration and acoustic noise by dry contact and large tolerance of the bearing parts. The Fluid Dynamic Bearing (FDB) with grooves is appropriate for spindle motors adequate in regards to mechanical vibration and acoustic noise. The paper shows the performance comparisons of between sintered porous metal bearing and FDB, and each FDBs according to the tooling deviations of grooves by the Finite Element Analysis(FEA) of the mechanical field. This paper shows the methods to make the grooves, the groove's depth, and the prototype of the motor with the fluid dynamic bearing. The performance characteristics of the grooves with the FDB are verified by the experimental results.
The interaction between particles and fluid was investigated by IB-SEM numerical method which is a combination of combing the spectral/hp element method and the rigid immersed boundary method. The accuracy of this numerical method was verified based on the computed results with the traditional body-fitted mesh in numerical simulation of the flow through the cylinder. Then the governing equations of particles motion and contact in fluid are constructed. The movement of the particles and the interaction between the fluid and the particles are investigated. This method avoided the problem of low computational efficiency and error caused by the re-division of the grid when the solids moved. Finally, the movement simulation of multi particles in the fluid was carried out, which can provide a completely new numerical simulation method.
Unlike structures in the air, the vibration analysis of a submerged or floating structure such as offshore structures or ships is possible only when the fluid-structure interaction is understood, as the whole or part of the structure is in contact with water. This paper introduces two methods to find natural frequency in consideration of fluid-structure interaction, direct coupled vibration analysis and fluid-structure modal coupled vibration analysis. The purpose of this study is to analyze the vibration characteristic of a submerged vehicle to obtain the anti-vibration design data, which could be used in the preliminary design stage. The underwater pressure hull of submerged vehicle is used as the model of this study. The F.E.M. model is meshed by shell and beam elements. Also, considering the inner hull weight, the mass element is distributed in the direction of hull length. Numerical calculations are accomplished by using the commercial B.E.M. code. The characteristics of natural frequency, mode shape and frequency-displacement response are analyzed.
We performed a numerical investigation to find out the optimal choice of the spatial discretization in the distributed-Lagrangian-multiplier/fictitious-domain (DLM/FD) method for the solid/fluid interaction problem. The elastic solid bar attached on the bottom in a pressure-driven channel flow of a Newtonian fluid was selected as a model problem. Our formulation is based on the scheme of Yu (2005) for the interaction between flexible bodies and fluid. A fixed regular rectangular discretization was applied for the description of solid and fluid domain by using the fictitious domain concept. The hydrodynamic interaction between solid and fluid was treated implicitly by the distributed Lagrangian multiplier method. Considering a simplified problem of the Stokes flow and the linearized elasticity, two numerical factors were investigated to clarify their effects and to find the optimum condition: the distribution of Lagrangian multipliers and the solid/fluid interfacial condition. The robustness of this method was verified through the mesh convergence and a pseudo-time step test. We found that the fluid stress in a fictitious solid domain can be neglected and that the Lagrangian multipliers are better to be applied on the entire solid domain. These results will be used to extend our study to systems of elastic particle in the Stokes flow, and of particles in the viscoelastic fluid.
Jhung, Myung Jo;Choi, Young Hwan;Kim, Hho Jung;Jeong, Kyeong Hoon
Structural Engineering and Mechanics
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제21권2호
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pp.169-184
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2005
This study deals with the free vibration of a circular plate in contact with a fluid; submerged in fluid, beneath fluid or on fluid. An analytical method based on the finite Fourier-Bessel series expansion and Rayleigh-Ritz method is suggested. The proposed method is verified by the finite element analysis using commercial program with a good accuracy. The normalized natural frequencies are obtained in order to estimate the relative added mass effect of fluid on each vibration mode of the plate. Also, the location of plate coupled with fluid and the cases of free and bounded fluid surface are studied for the effect on the vibration characteristics.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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