본 논문에서는 다목적 구조물인 다중연결 해양부유체를 대상으로 변형 기반 모드 차수축소법을 적용하고 차수축소모델의 구조응 답 예측 성능을 향상시키기 위해 유전 알고리즘 기반의 센서 배치 최적화를 수행하였다. 다중연결 해양부유체의 차수축소모델 생성 에 필요한 변형 기반 모드 데이터를 얻기 위해 다양한 규칙파랑하중조건에 대한 유체-구조 연성 수치해석을 수행하고 변형 기반 모드 의 직교성, 자기상관계수를 이용하여 주요 변형 기반 모드를 선정하였다. 다중연결 해양부유체의 경우 차수축소모델의 구조응답 예 측 성능이 계측 및 예측 구조응답 위치에 따라 민감하기 때문에 유전 알고리즘 기반의 최적화를 수행하여 최적의 센서 배치를 도출하 였다. 최적화 결과, 모든 센서 배치 조합에 대한 차수축소모델 생성 및 예측 성능 평가 대비 약 8배의 계산 비용을 절감하였으며, 예측 성능 평가 지표인 평균 제곱근 오차가 초기 센서 배치보다 84% 감소하였다. 또한, 다중연결 해양부유체 모형시험 결과를 이용하여 불 규칙파랑하중에 대한 최적화된 센서 배치의 차수축소모델의 구조응답 예측 성능을 평가 및 검증하였다.

유체-구조물-지반 상호작용을 고려한 액체저장탱크의 유한요소 모형을 제시하고, 비선형 지진응답 해석기법을 정식화한다. 탱크 구조물은 기하 및 재료 비선형 거동을 고려할 수 있는 쉘 요소로 모델링한다. 유체의 거동은 acoustic 요소로 구현하고, interface 요소 를 사용하여 구조물과 결합한다. 지반-구조물 상호작용을 고려하기 위해 지반의 근역과 원역을 각각 solid 요소와 perfectly matched discrete layer로 모델링한다. 예제 20만 kl급 액체저장탱크의 지진취약도 해석에 적용하여, 유연한 지반에 구조물이 놓인 경우 부지에 서의 암반노두운동의 증폭 및 필터링으로 인해 지진취약도의 중앙값과 대수 표준편차가 감소하는 것을 관찰할 수 있다.

The waste secondary battery contains a significant amount of valuable metals, making its recycling highly desirable. However, conventional chemical methods for recycling are environmentally unfriendly and cost-ineffective. Rather than the chemical method, this paper deals with a mechanical method for recovering electrode materials from waste secondary batteries by blowing pressurized air onto the interface area between the electrode and the separator. Especially, in this study, the effective blowing angle were searched by simulating the separation of the electrode material from the separator through 1-way fluid structure interaction analysis based on the Cohesive Zone Modeling technique.

This study performed the seismic response analysis of an LNG storage tank supported by a disconnected piled raft foundation (DPRF) with a load transfer platform (LTP). For this purpose, a precise analytical model with simultaneous consideration of Fluid-Structure Interaction (FSI) and Soil-Structure Interaction (SSI) was used. The effect of the LTP characteristics (thickness, stiffness) of the DPRF system on the seismic response of the superstructure (inner and outer tanks) and piles was analyzed. The analytical results were compared with the response of the piled raft foundation (PRF) system. The following conclusions can be drawn from the numerical results: (1) The DPRF system has a smaller bending moment and axial force at the head of the pile than the PRF system, even if the thickness and stiffness of the LTP change; (2) The DPRF system has a slight stiffness of the LTP and the superstructure member force can increase with increasing thickness. This is because as the stiffness of the LTP decreases and the thickness increases, the natural frequency of the LTP becomes closer to the natural frequency of the superstructure, which may affect the response of the superstructure. Therefore, when applying the DPRF system, it is recommended that the sensitivity analysis of the seismic response to the thickness and stiffness of the LTP must be performed.

In the fluid-structure interaction analysis, the finite element formulation is performed for the wave equation for dynamic fluid pressure, and the dynamic pressure is defined as a degree of freedom at the fluid nodes. Therefore, to connect the fluid to the structure, it is necessary to connect the degree of freedom of fluid dynamic pressure and the degree of freedom of structure displacement through an interface element derived from the relationship between dynamic pressure and displacement. The previously proposed fluid-structure interface elements use conformal finite element meshes in which the fluid and structure match. However, it is challenging to construct conformal meshes when complex models, such as water purification plants and wastewater treatment facilities, are models. Therefore, to increase modeling convenience, a method is required to model the fluid and structure domains by independent finite element meshes and then connect them. In this study, two fluid-structure interface elements, one based on constraints and the other based on the integration of nonsmooth functions, are proposed in nonconformal finite element meshes for structures and fluids, and their accuracy is verified.

This paper proposes a method to evaluate the structural safety of a large wide-width greenhouse structure against wind load caused by a typhoon through a fluid structure interaction analysis technique. The conventional method consisted of roughly estimating the wind load based on the relevant laws and regulations, and determining safety through structural analysis. However, since the wind load changes nonlinearly according to the wind speed distribution and wind direction around the greenhouse and the external shape of the structure, there are many uncertainties in the existing structural safety evaluation method, and it is difficult to accurately determine the design margin. In this study, a systematic method was developed to accurately calculate the wind load acting on a greenhouse structure and evaluate structural safety by considering the characteristics of wind through a fluid structure interaction analysis using coupled computational fluid dynamics and computational structural mechanics. Using the proposed method, it is possible to significantly reduce the manufacturing cost because it is possible to obtain an optimal design that reduces the over-conservative design margin while securing the structural strength of the greenhouse.

A simplified method for earthquake response analysis of a rectangular liquid storage tank is proposed with fluid-structure interaction considered. In order to simplify the complex three-dimensional structural behavior of a rectangular liquid storage tank, it is assumed that structural deformation does not occur in the plane parallel to the direction in which the earthquake ground motion is applied but in the plane perpendicular to the direction. The structural deformation is approximated by combining the natural modes of the simple beam and the cantilever beam. The hydrodynamic pressure, the structure’s mass and stiffness, and the hydrodynamic pressure’s added mass are derived by applying the Rayleigh-Ritz method. The natural frequency, structural deformation, pressure, effective mode mass, and effective mode height of the rectangular liquid storage tank are obtained. The structural displacement, hydrodynamic pressure, base shear, and overturning moment are calculated. The seismic response analysis of an example rectangular liquid storage tank is performed using the proposed simplified approach, and its accuracy is verified by comparing the results with the reference solution by the finite element method. Existing seismic design codes based on the hydrodynamic pressure in rigid liquid storage tanks are observed to produce results with significant errors that cannot be ignored.

환경시설물, 댐과 같은 유체를 저장하는 시설물을 대상으로 엄밀하게 지진 거동을 평가하기 위해서는 유체-구조물 상호작용을 고 려한 해석이 필요하다. 특히, 댐-호소 계와 같이 상류 방향으로 무한 영역을 가지는 경우에는 이를 적절히 고려해야 할 필요가 있다. 본 연구에서는 댐-호소 계와 같은 반무한 유체 영역을 갖는 시스템을 대상으로 무한 영역의 파전파 해석 및 유체-구조물 상호작용 해석을 위한 실용적인 수치 모형을 제시하였다. 시간영역에 적용가능한 방법으로 정확하면서도 경계적인 해석이 가능하다. 무한 유체 영역 에 대해서는 일반 acoustic finite element 대신 작은 개수의 mid-point integrated acoustic finite element를 적용하고 최종 경계에는 점성 경계를 부과한다. 제안하는 방법의 유효성과 정확성을 검증하기 위해 강체 댐체를 가정한 반무한 호소계를 대상으로 적용하는 요소 의 개수, 모델링 영역 크기 등을 매개변수로 해석해와 비교·검증하였다. 제안된 방법을 적용하여 댐-호소 계의 유체-구조물 상호작용 을 부가질량을 사용하는 경우와 비교하였다.

유연한 지반에 놓인 액체저장탱크의 지진 거동은 유체-구조물-지반 상호작용에 의해 복잡하게 나타나므로, 이 시스템의 지진응답 과 피해를 정확하게 예측하기 위해서는 이를 엄밀히 고려하여야 한다. 이 연구에서는 유체-구조물-지반 상호작용을 엄밀히 고려하여 유연한 지반에 놓인 직사각형 액체저장탱크의 지진응답 해석을 수행하고 그 응답 특성을 분석하고자 한다. 이를 위해 지진하중 작용 시 발생하는 유체의 동수압력 및 지반과 구조물 간의 상호작용력을 유한요소 기법을 사용하여 산정한다. 이때, 반무한 지반에서의 에너지 방사를 고려하기 위해 mid-point integrated finite element와 점성 감쇠기를 사용하여 지반 원역의 거동을 모사한다. 이와 같이 산정된 동수압력과 지반-구조물 상호작용력을 구조물의 유한요소에 작용시킨다. 자유장 해석을 통하여 입사 지진파에 의한 유효 지진력을 산정한다. 유연한 지반에 놓인 직사각형 액체저장탱크의 지진응답 해석을 통하여 지반-구조물 상호작용의 효과로 인해 시스템 응답의 변화가 다양하게 나타남을 확인할 수 있다. 그러므로, 유연한 지반에 놓인 직사각형 액체저장탱크의 내진설계를 수행하거나 내진성능을 검토할 때는 유체-구조물-지반 상호작용을 엄밀히 고려하여야 할 것이다.

This paper is concerned to develop a fluid pressure system for the control of artificial bladder urine discharge. The primary goal is to force the fluid into the space between the inner wall and the outer wall by using a pump in the artificial bladder having a double structure of inner and outer walls and to form the urine discharge pressure by the contraction of the bladder inner wall due to the movement of the fluid. The ANSYS_CFD analysis is used to confirm the delivery of fluid pressure in the artificial bladder model, and the ANSYS_FSI analysis is used to identify the deformation and internal pressure of the artificial bladder through the delivery of fluid pressure, and to identify the discharge of urine. As the design parameters of the modeling of the artificial bladder and the fluid flow field, the capacity of the flow field, and the pump pressure input value were selected.

Most of the commercial vehicle steering system is hydraulic. In this system, Breakage and leakage of oil tank is the cause of serious problems to inhibiting the vehicle direction control of the driver. In this paper, FSI(Fluid-Structure Interaction) analysis was performed considering the sloshing of oil in the tank for structural safety evaluation of the power steering oil tank. Additionally, vibration analysis of simple and fast evaluation method was performed by assuming the fluid to mass. As a result, sloshing analysis of oil in the tank was confirmed from the FSI vibration analysis, and it could get the distribution of the flow pressure 8.2kPa～-5.5kPa. Second, stress change of the FSI vibration analysis results was greater in the 33.6MPa to 0.25MPa during the transitional period 2cycle, then it showed a stable result. Third, maximum stress of FSI vibration analysis considering sloshing of the oil was 2.22MPa. maximum stress of vibration analysis assuming the fluid to mass was 4.50MPa and 103% higher than the FSI vibration analysis, but the oil tank was safely evaluate structurally safety factor 14.1. Finally, without the FSI vibration analysis by applying a weight of 0.5 to the result of vibration analysis assumes fluid to mass, it could be obtained results similar to FSI vibration analysis.

Most of the commercial vehicle steering system is hydraulic. In this system, Breakage and leakage of oil tank is the cause of serious problems to inhibiting the vehicle direction control of the driver. In this paper, FSI(Fluid-Structure Interaction) analysis was performed considering the sloshing of oil in the tank for structural safety evaluation of the power steering oil tank. Additionally, vibration analysis of simple and fast evaluation method was performed by assuming the fluid to mass. As a result, sloshing analysis of oil in the tank was confirmed from the FSI vibration analysis, and it could get the distribution of the flow pressure 8.2kPa～-5.5kPa. Second, stress change of the FSI vibration analysis results was greater in the 33.6MPa to 0.25MPa during the transitional period 2cycle, then it showed a stable result. Third, maximum stress of FSI vibration analysis considering sloshing of the oil was 2.22MPa. maximum stress of vibration analysis assuming the fluid to mass was 4.50MPa and 103% higher than the FSI vibration analysis, but the oil tank was safely evaluate structurally safety factor 14.1. Finally, without the FSI vibration analysis by applying a weight of 0.5 to the result of vibration analysis assumes fluid to mass, it could be obtained results similar to FSI vibration analysis.

The many parts in the hydraulic equipments subject to load by hydraulic pressure. And some parts which are installed to the inside of the hydraulic equipments subject to load by the hydraulic pressure as well as the fluid speed. The inside of the valve generally generates the flow. Considering the valve expansion or the flow of the large valve, the flow is similar to the fluctuation flow in the opened flow system. In this study, the analysis of the flow including the fluctuation are performed and this results will apply to the optimal shape design of the flow path. The load acting on the structure was analysed according to the change in the shape and flow speed of the structure which install in fluid, and the safety evaluation wad investigated in consideration of the flow speed and the depth of fluid.

LNG 선박에서 발생하는 슬로싱 충격하중은 다상유동 및 기체의 압축효과에 따라 CCS에서 발생하는 압력과 구조응답에 큰 영향을 미칠 수 있다. 본 연구에서는 슬로싱 운동 시 LNG의 유동에 의해 발생하는 슬로싱 충격을 시뮬레이션하기 위해서 다상유동을 적용한 수치해석 모델을 제시하였으며, 그 결과를 실험과 비교하여 타당성을 검토하였다. 또한 효율적인 구조응답 계산을 위해 분사모델을 이용한 유체구조 연성해석 방법에 대해서 검토하고 멤브레인형 Mark III 화물창의 강도평가에 적용하여 LNG 화물창의 강도평가를 위한 가능성을 검토하였다.

광역방제기의 송풍팬은 방제성능을 좌우하는 핵심 부품으로서 구조적으로 안전성이 확보되어야 한다. 따라서, 대풍량 축류식 송풍기의 알루미늄 축류팬의 안전한 운용을 위해, 축류팬 블레이드에 대해 3차원 전산유동해석과 구조상호해석을 실행하여 축류팬의 요구수명을 만족할 수 있는 개선된 축류팬을 제시하고자 하였다. 이에 제1 보에서는 유동해석과 구조해석을 통하여 기존의 일체형 모델의 안전성을 검토하였는데, 그 결과 축류팬의 기계적 강도가 다소 미흡하여 무한수명을 보장할 수 없음이 판단되어 개선 설계가 절실히 요구되었다. 제2 보의 개선된 설계에서는 축류팬의 각 블레이드를 허브에 조립하여 응력을 분산시킴으로써 등가응력 수준을 반감시킬 수 있었다. 개선모델의 경우 유동저항에 의한 압력분포와 원심력으로부터 예측된 최대 등가응력(74.21MPa)이 소재 항복강도의 1/2 이하로 저감되었고, 내구수명해석을 통해 알루미늄 합금 소재의 무한 피로한도를 보장할 수 있을 것으로 예상되었다. 또한 제1 모드 고유 진동수가 105.62 Hz로서 공진현상은 발생하지 않을 것으로 예상되어 안전한 설계임을 확인할 수 있었다.

광역방제기의 송풍팬은 장비의 안전성과 방제성능을 좌우하는 핵심 부품으로서 구조적으로 안전성이 확보되어야 한다. 본 연구에서는 광역방제기에 사용되는 축류식 송풍기의 안전한 운용을 위해, 알루미늄 축류팬 블레이드에 대한 3차원 전산유동해석과 구조상호해석을 실행하여 축류팬의 요구수명을 만족할 수 있는 개선된 축류팬을 제시하고자 하였다. 이에 제1 보에서는 유동저항과 회전력에 의해 발생하는 최대등가응력 값을 구조해석을 통하여 축류팬 재질의 기계적 피로강도와 비교하여 기존모델의 안전성을 검토하고자 하였다. 송풍기 작동 시 발생하는 최대 등가응력값(138.68 MPa)은 축류팬 알루미늄 소재(AC3A, 413.0-F)의 항복강도(145 MPa)에 근접한 값으로 축류팬의 기계적 강도가 다소 미흡하였고, 내구수명은 1.24~11.15×106 회(최대 90시간)으로 분석되었다. 따라서 피로강도의 산포를 고려할 때, 관행기존 설계의 축류팬에 대한 무한수명을 보장할 수 없으며 개선 설계가 요구되었다.

이 논문에서는 유체-구조물-지반의 상호작용을 고려한 해상풍력발전기의 지진응답해석법을 제시하였다. 풍력발전기는 tower와 그 정점에 집중된 질량으로 모델링 되었다. 이 tower는 유연한 해저지반에 기초하고 있는 튜브형 cantilever로 이상화하였다.Tower와 해수 간의 동적 상호작용, 기초와 지반간의 동적 상호작용이 고려된 유체-구조물-지반 연성계의 지배방정식은 부분구조법과Rayleigh-Ritz방법에 의해서 유도되었다. 해수는 압축성 비점성 이상 유체로 이상화하였다. 해수로 포화된 층상지반에 놓인 footing의동적 강성은 Thin Layer법에 의해서 계산하여 상부구조물 모델과 결합시켰다. 이 해석법을 해상풍력발전기 모델의 지진응답해석에 적용하였다. 해석 결과를 준거해와 비교해서 제안한 해석법의 타당성을 검증하였다. Tower의 유연성, 지반의 강성이 해상풍력발전기 지진거동에 미치는 영향을 분석하였다. 유체-구조물 상호작용과 지반-구조물 상호작용의 지진응답에 대한 상대적인 중요도를 비교 평가하였다.

길이 40m,폭 5.5m의 단일피복 구조의 8연동 무가온하우스 상단부에 설계적설심 19.1 cm의 눈이 쌓인다는 조건과 시설 측면으로 설계풍속 36.6 m·s-1의 바람이 분다는 조건 그리고 참고자료로 활용하기 위해 적용한 최대적설심 37.8cm의 눈이 쌓인다는 조건과 순간최대풍속 60.0 m·s-1의 강풍이 분다는 조건에서 유동 및 구조강도 해석을 수행하였다. 적설하중 조건에서는 설계적설심 19.1 cm와 최대적설심 37.8cm에서 파이프에 걸리는 최대응력이 각각 53.8 N·mm-2과 107 N·mm-2으로 재료의 허용응력 보다 작은 것으로 나타나 안전한 것으로 분석되었으나, 설계풍속 36.6 m·s-1와 순간최대풍속 60.0 m·s-1의 풍하중 조건에서는 파이프에 걸리는 최대응력이 각각 250 N·mm-2과 672 N·mm-2으로 재료의 허용응력을 모두 초과하여 플라스틱하우스가 불안전한 것으로 분석되었다.