Simulation of liquid sloshing in flexible tanks using the smoothed particle hydrodynamics and finite element methods
This thesis focuses on the simulation of liquid sloshing problems in flexible tanks using the ABAQUS/EXPLICIT software, utilizing the smoothed particle hydrodynamics (SPH) and finite element methods (FEM) to model the fluid and solid parts respectively. The simulations involve complex and violent...
Κύριος συγγραφέας: | |
---|---|
Άλλοι συγγραφείς: | |
Γλώσσα: | English |
Έκδοση: |
2023
|
Θέματα: | |
Διαθέσιμο Online: | https://hdl.handle.net/10889/25239 |
id |
nemertes-10889-25239 |
---|---|
record_format |
dspace |
institution |
UPatras |
collection |
Nemertes |
language |
English |
topic |
Smoothed particle hydrodynamics Finite element method Fluid-structure interaction Numerical methods Sloshing Μέθοδος υδροδυναμικής εξομαλυθέντων σωματιδίων Μέθοδος πεπερασμένων στοιχείων Αλληλεπίδραση ρευστού-στερεού Αριθμητικές μέθοδοι Φαινόμενο Sloshing |
spellingShingle |
Smoothed particle hydrodynamics Finite element method Fluid-structure interaction Numerical methods Sloshing Μέθοδος υδροδυναμικής εξομαλυθέντων σωματιδίων Μέθοδος πεπερασμένων στοιχείων Αλληλεπίδραση ρευστού-στερεού Αριθμητικές μέθοδοι Φαινόμενο Sloshing Νταβαρίνος, Αριστείδης Simulation of liquid sloshing in flexible tanks using the smoothed particle hydrodynamics and finite element methods |
description |
This thesis focuses on the simulation of liquid sloshing problems in flexible
tanks using the ABAQUS/EXPLICIT software, utilizing the smoothed particle
hydrodynamics (SPH) and finite element methods (FEM) to model the fluid and solid
parts respectively. The simulations involve complex and violent free surface flows with
both rigid and deformable structures.
The paper begins by presenting theoretical chapters on the importance of
sloshing studies and modeling, as well as separate chapters for presenting the SPH and
FEM methods for simulating fluids and solids, respectively. SPH-FEM coupling
formulation methods are also presented before the various simulation results to test
different phenomena. Rigid tank simulations are performed initially to validate the SPH
model's ability to simulate free surface flows accurately and its ability to demonstrate
the free surface return to its original position due to viscosity damping inside the liquid.
The simulations are then extended to investigate the sloshing of the tank in
sinusoidal excitation at different frequencies to detect the occurrence of resonance and
changes in contact forces and pressures in the tank walls due to different frequencies.
Impact simulations are also presented to evaluate the effect of the impact velocity of
the fluid on the contact pressure on the tank’s walls.
Finally, complete fluid-structure interaction (FSI) problem simulations are
performed using deformable shell elements for the tank walls, and the effect of the
shell’s thickness on the tank stress and deformation outputs will be studied to
investigate the occurrence of resonance phenomena due to the change of the system's
natural frequency. Overall, this paper aims to provide insights into sloshing behavior in
flexible tanks and improve the accuracy of sloshing simulations by coupling SPH and
FEM methods. |
author2 |
Ntavarinos, Aristeidis |
author_facet |
Ntavarinos, Aristeidis Νταβαρίνος, Αριστείδης |
author |
Νταβαρίνος, Αριστείδης |
author_sort |
Νταβαρίνος, Αριστείδης |
title |
Simulation of liquid sloshing in flexible tanks using the smoothed particle hydrodynamics and finite element methods |
title_short |
Simulation of liquid sloshing in flexible tanks using the smoothed particle hydrodynamics and finite element methods |
title_full |
Simulation of liquid sloshing in flexible tanks using the smoothed particle hydrodynamics and finite element methods |
title_fullStr |
Simulation of liquid sloshing in flexible tanks using the smoothed particle hydrodynamics and finite element methods |
title_full_unstemmed |
Simulation of liquid sloshing in flexible tanks using the smoothed particle hydrodynamics and finite element methods |
title_sort |
simulation of liquid sloshing in flexible tanks using the smoothed particle hydrodynamics and finite element methods |
publishDate |
2023 |
url |
https://hdl.handle.net/10889/25239 |
work_keys_str_mv |
AT ntabarinosaristeidēs simulationofliquidsloshinginflexibletanksusingthesmoothedparticlehydrodynamicsandfiniteelementmethods AT ntabarinosaristeidēs prosomoiōsētouphainomenousloshingygrouseeukamptesdexamenesmechrēsētōnmethodōnydrodynamikēsexomalythentōnsōmatidiōnkaipeperasmenōnstoicheiōn |
_version_ |
1799945013807808512 |
spelling |
nemertes-10889-252392024-03-08T19:28:41Z Simulation of liquid sloshing in flexible tanks using the smoothed particle hydrodynamics and finite element methods Προσομοίωση του φαινομένου sloshing υγρού σε εύκαμπτες δεξαμενες με χρήση των μέθοδων υδροδυναμικής εξομαλυθέντων σωματιδιων και πεπερασμένων στοιχείων Νταβαρίνος, Αριστείδης Ntavarinos, Aristeidis Smoothed particle hydrodynamics Finite element method Fluid-structure interaction Numerical methods Sloshing Μέθοδος υδροδυναμικής εξομαλυθέντων σωματιδίων Μέθοδος πεπερασμένων στοιχείων Αλληλεπίδραση ρευστού-στερεού Αριθμητικές μέθοδοι Φαινόμενο Sloshing This thesis focuses on the simulation of liquid sloshing problems in flexible tanks using the ABAQUS/EXPLICIT software, utilizing the smoothed particle hydrodynamics (SPH) and finite element methods (FEM) to model the fluid and solid parts respectively. The simulations involve complex and violent free surface flows with both rigid and deformable structures. The paper begins by presenting theoretical chapters on the importance of sloshing studies and modeling, as well as separate chapters for presenting the SPH and FEM methods for simulating fluids and solids, respectively. SPH-FEM coupling formulation methods are also presented before the various simulation results to test different phenomena. Rigid tank simulations are performed initially to validate the SPH model's ability to simulate free surface flows accurately and its ability to demonstrate the free surface return to its original position due to viscosity damping inside the liquid. The simulations are then extended to investigate the sloshing of the tank in sinusoidal excitation at different frequencies to detect the occurrence of resonance and changes in contact forces and pressures in the tank walls due to different frequencies. Impact simulations are also presented to evaluate the effect of the impact velocity of the fluid on the contact pressure on the tank’s walls. Finally, complete fluid-structure interaction (FSI) problem simulations are performed using deformable shell elements for the tank walls, and the effect of the shell’s thickness on the tank stress and deformation outputs will be studied to investigate the occurrence of resonance phenomena due to the change of the system's natural frequency. Overall, this paper aims to provide insights into sloshing behavior in flexible tanks and improve the accuracy of sloshing simulations by coupling SPH and FEM methods. Σκοπός αυτής της εργασίας είναι η προσομοίωση προβλημάτων αλληλεπίδρασης ρευστού-στερεού (FSI) του φαινομένου sloshing ρευστού σε εύκαμπτες δεξαμενές χρησιμοποιώντας το λογισμικό ABAQUS/EXPLICIT, χρησιμοποιώντας τη μέθοδο υδροδυναμικής εξομάλυνσης σωματιδίων (SPH) για τη προσομοίωση ρευστών και τη μέθοδο πεπερασμένων στοιχείων (FEM) για τη προσομοίωση στερεών ,αντίστοιχα. Το πρόβλημα περιλαμβάνει πολύπλοκες και βίαιες ροές ελεύθερης επιφάνειας με εύκαμπτες δομές. Η εργασία ξεκινά με την παρουσίαση θεωρητικών κεφαλαίων σχετικά με τη σημασία της έρευνας και προσομοίωσης του sloshing φαινομένου, και επίσης περιέχει ξεχωριστά κεφάλαια για την παρουσίαση των μεθόδων SPH και FEM για την προσομοίωση ρευστών και στερεών, αντίστοιχα. Στη συνέχεια , παρουσιάζονται διάφορες μέθοδοι σύζευξης των μεθόδων SPH και FEM σε ξεχωριστό κεφάλαιο και ακολουθούν μετά τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων μας. Συγκεκριμένα, εκτελούνται αρχικά προσομοιώσεις άκαμπτης δεξαμενής για να επικυρωθεί η ικανότητα του μοντέλου SPH να προσομοιώνει με ακρίβεια τη συμπεριφορά ροών ελεύθερης επιφάνειας και την ικανότητά του να αποδεικνύει την επιστροφή της ελεύθερης επιφάνειας στην αρχική της θέση λόγω της απόσβεσης του ιξώδους μέσα στο υγρό. Στη συνέχεια, οι προσομοιώσεις επεκτείνονται για να διερευνηθεί το φαινόμενο sloshing της δεξαμενής με ημιτονοειδή διέγερση σε διαφορετικές συχνότητες ,έτσι ώστε να ανιχνευθεί η εμφάνιση συντονισμού και να παρατηρηθούν αλλαγές στις δυνάμεις επαφής και τις πιέσεις στα τοιχώματα της δεξαμενής με διεγέρσεις διαφορετικών συχνοτήτων. Παρουσιάζονται επίσης προσομοιώσεις κρούσης για την αξιολόγηση της επίδρασης της ταχύτητας κρούσης του ρευστού στην πίεση επαφής στα τοιχώματα των δεξαμενών. Τέλος, πραγματοποιούνται πλήρεις προσομοιώσεις αλληλεπίδρασης στερεού και ρευστού (FSI) με τη χρήση παραμορφώσιμων στοιχείων κελύφους για τα τοιχώματα της δεξαμενής όπου μελετάται η επίδραση του πάχους του κελύφους στην τάση της και στη παραμόρφωση της δεξαμενής και ερευνάται η δυνατότητα του ABAQUS/Explicit να προσομοιώνει φαινόμενα αλληλεπίδρασης ρευστού-δομής (FSI) με τις μεθόδους SPH και FEM. Συνολικά, αυτή η εργασία στοχεύει να παρέχει πληροφορίες σχετικά με τη συμπεριφορά sloshing σε άκαμπτες και εύκαμπτες δεξαμενές καθώς και να βελτιώσει την ακρίβεια των προσομοιώσεων sloshing με τη σύζευξη των μεθόδων SPH και FEM. 2023-06-29T05:40:54Z 2023-06-29T05:40:54Z 2023-07 https://hdl.handle.net/10889/25239 en Attribution 3.0 United States http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/us/ application/pdf |