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Dynamics >>23
Fluid structure interaction with es-fsi
Fluid-Structure
interaction(FSI) 문제는 산업계 전반에 걸쳐 발생합니다. 예를 들면
Cross-Flow에서의 유동에 의한 튜브의 진동, 연료탱크 내에서의 연료의
출렁임, 압력에 의해 구동되는 밸브를 가진 Pump 및 Compressor와 Fan
Blade에서의 진동 등이 있습니다. 이런 경우에 작은 선형 탄성변형을
포함하는 FSI 문제를 효율적으로 풀기 위해 STAR-CD 사용자들에게 es-fsi라는
Tool을 제공합니다.
es-fsi는
STAR-CD를 이용한 FSI 문제를 해결하는데 있어 새로운 방법론을 제시합니다.
상용 FEM 소프트웨어는 비정상 구조역학 문제를 풀기위해 필요한 Mass,
Damping 및 Stiffness 행렬들을 생성합니다. 이 행렬들은 es-fsi에 의해
STAR-CD가 해석하는 동안 구조 변형을 풀기 위해 사용됩니다. 최종적으로,
선택적인 Post-Processing 단계가
구조 내의 응력을을 풀기위해
FEM 소프트웨어를 사용합니다.
MpCCI의 접근과는 다르게 es-fsi는
작은 선형 탄성변형의 문제만을 다룹니다. 이러한 제한은 es-fsi가 전통적인(Non-FSI)
STAR-CD의 해석과 비교되는 작은 수치적 Overhead에 기인하여 매우 효율적으로
계산을 수행할 수 있게 합니다.
es-fsi의 사용예는 지진 발생시의 큰 연료탱크에서의 Liquid Sloshing 및 구조역학입니다. STAR-CD의 Volume OF Fluid(VOF) 능력은 자유표면의 Fluid Sloshing 문제를 해석하는데 사용되어져 왔습니다. 이 해석에 대한 가시적인 결과는 아래에 보여집니다.
Fig
1(a)
Fig
1(b) Fig2(a)
Fig2(b)
그림 1(a)는 특정 시간에 특정 위치에서의 탱크 내 Oil의 자유 표면의 형상을 보여주는 것이고, 그림 1(b)는 최대 주응력 및 Tank의 변형을 보여주는 것입니다(750배 확대). es-fsi를 사용한 두번째 예는 Fan Blade의 진동 해석입니다. Turbofan의 형상은 그림 2(a)와 같습니다. Blade 주변의 유동은 축방향 및 공기역학적 힘에 의한 Blade의 초기 굽힘과 함께 모델링되어 있습니다.
그림 2(b)의 그래프는 시간의 함수로 나타난 Leading & Trailing Edge의 Blade 끝단에서의 굽힘을 보여줍니다. 초기에 Blade는 최종 위치를 넘어갑니다. 그리고나서 그 위치에서 진동합니다. 그 진동은 유체의 움직임에 의해 감쇠를 받고 Blade는 최종적으로 정상상태에 도달합니다. Leading Edge에서의 변위는 Blade의 'Untwisting'에 기인하여 Trailing Edge에서의 그것에 비해 더 큽니다.
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