Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea (한국전산구조공학회논문집)

Computational Structural Engineering Institute of Korea (한국전산구조공학회)
권호 표지

Dynamic Response Analysis of Nonlinear Sloshing in Two Dimensional Rectangular Tank using Finite Element Method

유한요소법을 이용한 2차원 사각탱크내 비선형 슬로싱 동응답 해석

  • 조진래 (부산대학교 기계공학부) ;
  • 이홍우 (부산대학교 기계설계공학과 대학원) ;
  • 하세윤 (부산대학교 기계설계공학과 대학원) ;
  • 박태학 (국방과학연구소) ;
  • 이우용 (국방과학연구소)
  • Published : 2003.03.01
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Abstract

This paper deals with the FEM analysis of nonlinear sloshing of incompressible, invicid and irrotational flow in two dimensional rectangular tank. We use laplace equation based on potential theory as governing equation. For large amplitude sloshing motion, kinematic and dynamic free surface conditions derived from Bernoulli equation are applied. This problem is solved by FEM using 9-node elements. For the time integration and accurate velocity calculation, we introduce predictor-corrector time marching scheme and least square method. Also, numerical stability in tracking of free surface is obtained by direct calculation of free surface location to time variation. Numerical results of sloshing induced by harmonic excitations, while comparing with those of linear theory and references, prove the accuracy and stability. After verification of our program, we analyze sloshing response characteristics to the fluid height and the excitation amplitude.

본 논문에서는 2차원 사각탱크내 비압축성, 비점성, 비회전 유동에 대한 비선형 슬로실 해석을 다룬다. 유체영역의 지배방정식으로 포텐셜 이론에 기반을 둔 라플라스 방정식을 사용한다. 대변형의 슬로싱 거동을 표현하기 위하여 베르누이 방정식으로부터 유도된 운동 및 동역학적 자유표면 경계조건을 적용한다. 이러한 비선형 슬로싱 문제는 9결점 요소를 사용한 유한요소법에 의하여 해석되어 진다. 경계조건에 대한 시간적분과 정확한 속도계산을 위하여 각각 예측자-수정자 기법 및 최소자승법을 도입하였다. 또한, 자유표면 추적에서 야기되는 안정성 문제는 시간변동에 대한 자유표면 위치를 직접 계산함으로써 확보할 수 있었다. 외부 조화가진에 대한 본 논문의 결과는 선형이론해 또는 참고문헌의 결과와 비교하여 매우 정확하고 안정적이었다. 프로그램 검증 후, 유체높이와 가진크기에 대한 슬로싱 응답특성을 분석하였다.

Keywords

References

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