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선회하는 2차원 유연 날개의 유체-구조 상호작용 모사
NUMERICAL SIMULATION ON FLUID-STRUCTURE INTERACTION OF A TWO-DIMENSIONAL ORBITING FLEXIBLE FOIL 원문보기

한국전산유체공학회지 = Journal of computational fluids engineering, v.12 no.2 = no.37, 2007년, pp.37 - 45  

신상묵 (부경대학교 조선해양시스템공학과)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The hybrid Cartesian/immersed boundary method is applied to simulate fluid-structure interaction of a two-dimensional orbiting flexible foil. The elastic deformation of the flexible foil is modelled based on the dynamic equation of a thin-plate. At each time step, the locations and velocities of the...

주제어

#탄성 변형   #Cartesian-가상경계 혼합법   #엇갈림-비엇갈림 혼합 격자   #동요하는 타원 날개  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 구조물의 탄성 변형은 판의 동적 거동에 대한 지배방정식을 사용하여 모델링하면서 임의의 운동을 하는 임의 형상의 물체에 적용이 가능한 유체-구조 상호작용 해석 코드가 개발되었다. 개발된 코드는 좌우로 움직이면서 종 동요하는 타원 날개 주위 유동 해석 및 NACA0012 단면 주위 압력 계수 분포 계산에 적용되었고 선회하면서 탄성 변형을 하는 유연 날개의 유체-구조 상호작용이 해석되었다.

가설 설정

  • 보간 선분이 경계면과 만나는 점에서의 속도는 인접한 Lagrangian 절점들에서 주어진 속도를 이용하여 추정하고 내부 edge와 만나는 점에서의 속도는 비압축성 조건 만족을 위한 가상시간에 대한 반복 단계에서 추정된 절점들에서의 속도로부터 추정된다. 보간 선분 양단에서 추정된 속도와 경계면에 수직한 방향으로의 속도 분포 가정을 이용하여 가상경계 절점에서의 속도를 추정한다. 이렇게 가상경계 절점들에서 재구성된 속도의 집합은 가상시간에 대한 반복 단계에서 유동 해석 문제의 경계조건을 제공한다.
  • 이에 따라 식(6)에 의한 구조물 거동의 해석은 비교적 적은 개수의 요소에서도 수렴된 결과가 얻어진다. 본 계산에서는 구조물의 선단에서 0.25c 까지의 영역은 완전한강체이며 이후 부분에서 탄성 변형이 발생한다고 가정하였으며 탄성 변형 영역은 20개의 구조 요소로 분할되었다. 유체격자 요소 크기는 유체력 추정에 변화를 발생시켜 전체 결과에 다소 영향을 미치나 구조 요소 수 변화는 결과에 거의 영향이 없음을 확인하였다.
  • 유연한 물체의 탄성 변형은 매 순간 물체 표면에 분포하는 유체의 응력을 외력으로 하고 물체의 길이 방향의 판의 굽힘 강성에 의해 결정된다고 가정하였다.
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참고문헌 (9)

  1. Gilmanov, A., Sotiropoulos, F. and Balaras, E., 2003, "A general reconstruction algorithm for simulating flows with complex 3D immersed boundaries on Cartesian grids," Journal of Computational Physics, Vol.191, pp.660-669 

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  2. Gilmanov, A. and Sotiropoulos, F., 2005, "A hybrid Cartesian/immersed boundary method for simulating flows with 3D, geometrically complex, moving bodies," Journal of Computational Physics, Vol.207, pp.457-492 

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  3. Yang, J. and Balaras, E., 2006, "An embedded-boundary formulation for large-eddy simulation of turbulent flows interacting with moving boundaries," Journal of Computational Physics, Vol.215, pp.12-40 

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  4. Shin, S., Bae, S.Y., Kim, I.C., Kim, Y.J. and Goo, J.S., 2007, "Computations of flow over a flexible plate using the hybrid Cartesian/immersed boundary method," International Journal for Numerical Methods in Fluids, in press, DOI: 10.1002/fld.1459 

  5. 신상묵, 김형태, 2006, "Hybrid Cartesian/Immersed Boundary법을 이용한 2차원 변형날개 주위 점성유동 해석," 대한조선학회논문집, Vol.43-5, pp.538-549 

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  6. 신상묵, 2007, "HCIB법을 이용한 변형하는 평판 주위의 3차원 유동해석," 한국전산유체공학회지, Vol.12-1, pp.1-8 

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  7. Eldredge, J.D., 2007, "Numerical simulation of the fluid dynamics of 2D rigid body motion with the vortex particle method," Journal of Computational Physics, Vol.221, pp.626-648 

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  8. Wang, Z.J., Birch, J.M. and Dickinson, M.H., 2004, "Unsteady forces and flows in low Reynolds number hovering flight: two dimensional computations vs robotic wing experiments," Journal of Experimental Biology, Vol.207, pp.449-460 

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  9. Hafez, M., Shatalov, A. and Wahba, E., 2006, "Numerical simulations of incompressible aerodynamic flows using viscous/inviscid interaction procedures," Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, Vol.195, pp.3110-3127 

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