In this work, the iterative coupling of finite element and boundary element methods for the investigation of coupled fluid-fluid, solid-solid and fluid-solid wave propagation models is reviewed. In order to perform the coupling of the two numerical methods, a successive renewal of the variables on the common interface between the two sub-domains is performed through an iterative procedure until convergence is achieved. In the case of local nonlinearities within the finite element sub-domain, it is straightforward to perform the iterative coupling together with the iterations needed to solve the nonlinear system. In particular, a more efficient and stable performance of the coupling procedure is achieved by a special formulation that allows to use different time steps in each sub-domain. Optimized relaxation parameters are also considered in the analyses, in order to speed up and/or to ensure the convergence of the iterative process.
The AP1000 reactor coolant pump is a vertical shielded-mixed flow pump, is the most important coolant power supply and energy exchange equipment in nuclear reactor primary circuit system, whose steadystate and transient performance affect the safety of the whole nuclear island. Moreover, safety demonstration of reactor coolant pump is the most important step to judge whether it can be practiced, among which software simulation is the first step of theoretical verification. This paper mainly introduces the fluid-solid coupling simulation method applied to reactor coolant pump, studying the feasibility of simulation results based on workbench fluid-solid coupling technology. The study found that: for the unsteady calculations of the pure liquid media, the average head of the reactor coolant pump with bidirectional fluid-solid coupling decreases to a certain extent. And the coupling result is closer to the real experimental value. The large stress and deformation of rotor under different flow conditions are mainly distributed on impeller and idler, and the stress concentration mainly occurs at the junction of front cover plate and blade outlet. Among the factors that affect the dynamic stress change of rotor, the pressure load takes a dominant position.
In this study the fluid-solid coupling(sloshing) behavior of the tanker-lorry during turning are investigated numerically. The ALE numerical method is used as sloshing analysis algorithm and numerical simulation is conducted for the various fluid filling height 25%, 50% and 75%. The forces for radial and vertical direction are calculated and compared for various fluid-filling heights. From the analysis results, in case of 25% filling, the sloshing effect is the most highest.
An optimal sensor placement (OSP) method based on structural subsection technique (SST) and model reduction technique was proposed for modal identification of truss structures, which was conducted using genetic algorithm (GA). The constraints of GA variables were determined by SST in advance. Subsequently, according to model reduction technique, the optimal group of master degrees of freedom and the optimal objective function value were obtained using GA in a case of the given number of sensors. Correspondingly, the optimal number of sensors was determined according to optimal objective function values in cases of the different number of sensors. The proposed method was applied on a scaled jacket offshore platform to get its optimal number of sensors and the corresponding optimal sensor layout. Then modal kinetic energy and modal assurance criterion were adopted to evaluate vibration energy and mode independence property. The experiment was also conducted to verify the effectiveness of the selected optimal sensor layout. The results showed that experimental modes agreed reasonably well with numerical results. Moreover the influence of the proposed method using different optimal algorithms and model reduction technique on optimal results was also compared. The results showed that the influence was very little.
This paper presents a new approach to simulate fluid-solid interaction problems involving non-matching interfaces. The coupling between fluid and solid domains with dissimilar finite element meshes consisting of 4-node quadrilateral elements is achieved by using the interface element method (IEM). Conditions of compatibility between fluid and solid meshes are satisfied exactly by introducing the interface elements defined on interfacing regions. Importantly, a consistent transfer of loads through matching interface element meshes guarantees the present method to be an efficient approach of the solution strategy to fluid-solid interaction problems. An arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) description is adopted for the fluid domain, while for the solid domain an updated Lagrangian formulation is considered to accommodate finite deformations of an elastic structure. The stabilized equal order velocity-pressure elements for incompressible flows are used in the motion of fluids. Fully coupled equations are solved simultaneously in a single computational domain. Numerical results are presented for fluid-solid interaction problems involving nonmatching interfaces to demonstrate the effectiveness of the methodology.
To investigate the effects of ocean conditions on the thermal stress and deformation caused by thermal stratification of a pressurizer surge line in a floating nuclear power plant (FNPP), the finite element simulation platform ANSYS Workbench is utilized to conduct the fluid-solid-thermal coupling transient analysis of the surge line under normal "wave-out" condition (no motion) and under ocean conditions (rolling and pitching), generating the transient response characteristics of temperature distribution, thermal stress and thermal deformation inside the surge line. By comparing the calculated results for the three motion conditions, it is found that ocean conditions can significantly improve the thermal stratification phenomenon within the surge line, but may also result in periodic oscillations in the temperature, thermal stress, and thermal deformation of the surge line. Parts of the surge line that are more susceptible to thermal fatigue damage or failure are determined. According to calculation results, the improvements are recommended for pipeline structure to reduce the effects of thermal oscillation caused by ocean conditions. The analysis method used in this study is beneficial for designing and optimizing the pipeline structure of a floating nuclear power plant, as well as for increasing its safety.
Aimed at serious casing damage problem during the process of oilfield development by injecting water, based on seepage mechanics, fluid mechanics and the theory of rock mechanics, the multi-physics coupling theory was also taken into account, the mathematical model for production of petroleum with water flooding was established, and the method to solve the coupling model was presented by combination of Abaqus and Eclipse software. The Q9G3 block in Jibei oilfield was taken for instance, the well log data and geological survey data were employed to build the numerical model of Q9G3 block, the method established above was applied to simulate the evolution of seepage and stress. The production data was imported into the model to conduct the history match work of the model, and the fitting accuracy of the model was quite good. The main mechanism of casing damage of the block was analyzed, and some wells with probable casing damage problem were pointed out, the displacement of the well wall matched very well with testing data of the filed. Finally, according to the simulation results, some useful measures for preventing casing damage in Jibei oilfield was proposed.
The presence of the pore fluid strongly influences the reponse of the soil subjected to external loading and in many cases increases the risk of final failure. In this paper, we propose the use of a discrete beam lattice model with the aim to investigate the coupling effects of the solid and fluid phase on the response and failure mechanisms in the saturated soil. The discrete cohesive link lattice model used in this paper, is based on inelastic Timoshenko beam finite elements with enhanced kinematics in axial and transverse direction. The coupling equations for the soil-pore fluid interaction are derived from Terzaghi's principle of effective stresses, Biot's porous media theory and Darcy's law for fluid flow through porous media. The application of the model in soil mechanics is illustrated through several numerical simulations.
The traditional computational fluid or structure dynamics analysis approaches have contributed to solve many delicate engineering problems. But for the most of recent engineering problems which are influenced by fluid-structure interaction effect strongly, traditional individual approaches have limited analysis abilities for the exact simulation. Owing to above-mentioned reason, nowadays fluid-structure interaction analysis has become a matter of concern and interest. FSI analysis require several unprecedented techniques for the combining individual analysis tool into integrated analysis tool. The Arbitrary Lagrangian-Eulerian(ALE, in short) method is the new description of continum motion,which combines the advantages of the classical kinematical descriptions, i.e. Lagrangian and Eulerian description, while minimizing their respective drawbacks. In this paper, the ALE description is adapted to simulate fluid-structure interaction problems. An automatic re-mesh algorithm and a fluid-structure coupling process are included to analyze the interaction and moving motion during the 2-D axisymmetric solid rocket interior FSI phenomena simulation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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