With more and more high-rise building being constructed in recent decades, bluff body flow with high Reynolds number and large scale dimensions has become an important topic in theoretical researches and engineering applications. In view of mechanics, the key problems in such flow are high Reynolds number turbulence and fluid-solid interaction. Aiming at such problems, a parallel fluid-structure interaction method based on socket parallel architecture was established and combined with the methods and models of large eddy simulation developed by authors recently. The new method is validated by the full two-way FSI simulations of 1:375 CAARC building model with Re = 70000 and a full scale Taipei101 high-rise building with Re = 1e8, The results obtained show that the proposed method and models is potential to perform high-Reynolds number LES and high-efficiency two-way coupling between detailed fluid dynamics computing and solid structure dynamics computing so that the detailed wind induced responses for high-rise buildings can be resolved practically.
Fluid-Structure Interaction analysis of a circular cylinder surrounded by incompressible turbulent flow is presented. The fluid flow is modeled by incompressible Navier-Stokes equations in conjunction with large-eddy simulation for turbulent vortical flows. The circular cylinder is modeled as elastic continuum described by elasto-dynamic equation of motion. Finite element method based approach is utilized for unified formulation of fluid-structure interaction analysis. The magnitude and frequency of structural response is analysed in comparison to the driving fluid forces.
In the present study a method of computing fluid-structure interaction is presented to simulate the deformation shape of an oil fence which is used to contain or to divert the split oil in sea water. The computation is performed by taking into account of the force and moment balance in each computational element of the oil fence. The forces and moments acting on each element of the structure is computed from the flow analysis, which in turn is used to predict deformed shape of the structure until the procedure converges. The flexibility of the oil fence was also considered in the analysis. It is shown from the present study that the predicted deformed shapes agree quite well with the available experiment data.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제3권4호
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pp.342-351
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2010
During the operation of a hydro turbine the fluid mechanical pressure loading on the turbine blades provides the driving torque on the turbine shaft. This fluid loading results in a structural load on the component which in turn causes the turbine blade to deflect. Classically, these mechanical stresses and deflections are calculated by means of finite element analysis (FEA) which applies the pressure distribution on the blade surface calculated by computational fluid dynamics (CFD) as a major boundary condition. Such an approach can be seen as a one-way coupled simulation of the fluid structure interaction (FSI) problem. In this analysis the reverse influence of the deformation on the fluid is generally neglected. Especially in axial machines the blade deformation can result in a significant impact on the turbine performance. The present paper analyzes this influence by means of fully two-way coupled FSI simulations of a propeller turbine utilizing two different approaches. The configuration has been simulated by coupling the two commercial solvers ANSYS CFX for the fluid mechanical simulation with ANSYS Classic for the structure mechanical simulation. A detailed comparison of the results for various blade stiffness by means of changing Young's Modulus are presented. The influence of the blade deformation on the runner discharge and performance will be discussed and shows for the configuration investigated no significant influence under normal structural conditions. This study also highlights that a two-way coupled fluid structure interaction simulation of a real engineering configuration is still a challenging task for today's commercially available simulation tools.
In the FSI (Fluid-Structure Interaction) problems, two different governing equations are to be solved together. One is fur the fluid and the other for the structure. Furthermore, a kinematic constraint should be imposed along the boundary between the fluid and the structure. We use the combined formulation, which incorporates both the fluid and structure equations of motion into a single coupled variational equation so that it is not necessary to calculate the fluid force on the surface of structure explicitly when solving the equations of motion of the structure. A two-dimensional channel flow divided by a Bernoulli-Euler beam is considered and the dynamic response of the beam under the influence of channel flow is studied. The Navier-Stokes equations are solved using a P2P1 Galerkin finite element method with ALE (Arbitrary Lagrangian-Eulerian) algorithm. The internal structural damping effect is not considered in this study and numerical results are compared with a previous work fer steady case. In addition to the Reynolds number, two non-dimensional parameters, which govern this fluid-structure system, are proposed. It is found that the larger the dynamic viscosity and density of the fluid are, the larger the damping of the beam is. Also, the added mass is found to be linearly proportional to the density of the fluid.
The new numerical procedure for hydroplaning has been developed by considering the following three important factors; fluid/structure interaction, tire rolling, and practical tread pattern. The tire was analyzed by FEM with Lagrangian formulation and the fluid is analyzed by FVM with Eulerian formulation. Since the tire and the fluid are modeled separately and their coupling is automatically computed by the coupling element, the fluid/structure interaction of the complex geometry such as the tire with the tread pattern can be analyzed practically. We verified the predictability of the hydroplaning simulation in the different parameters such as the water flow, the velocity dependence of hydroplaning, and the effect of the tread pattern on hydroplaning. In order to predict the streamline in the contact patch, the procedure of the global-local analysis was developed. Since the streamline could be predicted by this technology, we could develop the new pattern in a short period based on the principle; "make the stream line smooth".
In this study, one-way fluid structure interaction analysis(FSI) on wind turbine blade was performed. Both a quantitative fluid analysis on 3-bladed wind turbine and a structural analysis using the surface pressure data resulting from fluid analysis were carried out. Streamlines and angle of attack was easily acquired from analysis results, we showed the inlet velocity that the stall begins to occur. In the structural analysis, structural displacement and maximum stress of the two comparative models was calculated. The location that has maximum stress was found. The pressure difference between back and front part of the blade increases as the inlet velocity increase. The torque and maximum with regard to inlet velocity was also presented.
In this study, the three-dimensional blood flow within the sac of KTAH(Korean artificial heart) is simulated using fluid-structure interaction model. The numerical method employed in this study is the finite element commercial package ADINA. The thrombus formation is one of the most critical problems in KTAH. High fluid shear stress or stagnated flow are believed to be the main causes of these disastrous phenomenon. We solved the fluid-structure interaction between the 3D blood flow in the sac and the surrounding sac material. The sac material is assumed as linear elastic material and the blood as incompressible viscous fluid. Numerical solutions show that high shear stress region and stagnated flow are found near the upper part of the sac and near the comer of the outlet during diastole stage.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제12권1호
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pp.85-101
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2020
The optimal parameters for the fluid-structure interaction analysis using the Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) for fluids and finite elements for structures, respectively, are explored, and the effectiveness of the simulations with those parameters is validated by solving several open surface fluid problems. For the optimization of the Equation of State (EOS) and the simulation parameters such as the time step, initial particle spacing, and smoothing length factor, a dam-break problem and deflection of an elastic plate is selected, and the least squares analysis is performed on the simulation results. With the optimal values of the pivotal parameters, the accuracy of the simulation is validated by calculating the exerted force on a moving solid column in the open surface fluid. Overall, the SPH-FEM coupled simulation is very effective to calculate the fluid-structure interaction. However, the relevant parameters should be carefully selected to obtain accurate results.
This paper dealt with numerical estimation of pressure pulsation of the refrigerant in a suction pipe of the compressor. To evaluate the effect of reduction of pressure pulsation, a pipe system with tube was simulated using F.S.I.(Fluid-structure interaction) analysis. A commercial program was used for calculating behavior of pressure. The numerical simulation for pressure ratio of before and after going though internal structure were carried out. As a result, it was verified that the pressure after passing structure is less than the pressure before passing internal structure depending on the longitudinal frequency of structure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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