search query: @keyword finite element method / total: 107
reference: 25 / 107
« previous | next »
Author:Matilainen, Jussi
Title:Seismic analysis of a liquid-filled tower-type shell structure
Nesteellä täytetyn reaktoritornin maanjäristystarkastelu
Publication type:Master's thesis
Publication year:2014
Pages:66 + 42      Language:   eng
Department/School:Insinööritieteiden korkeakoulu
Main subject:Rakennetekniikka   (R3001)
Supervisor:Puttonen, Jari
Instructor:Piironen, Jukka
Electronic version URL: http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201403251634
OEVS:
Electronic archive copy is available via Aalto Thesis Database.
Instructions

Reading digital theses in the closed network of the Aalto University Harald Herlin Learning Centre

In the closed network of Learning Centre you can read digital and digitized theses not available in the open network.

The Learning Centre contact details and opening hours: https://learningcentre.aalto.fi/en/harald-herlin-learning-centre/

You can read theses on the Learning Centre customer computers, which are available on all floors.

Logging on to the customer computers

  • Aalto University staff members log on to the customer computer using the Aalto username and password.
  • Other customers log on using a shared username and password.

Opening a thesis

  • On the desktop of the customer computers, you will find an icon titled:

    Aalto Thesis Database

  • Click on the icon to search for and open the thesis you are looking for from Aaltodoc database. You can find the thesis file by clicking the link on the OEV or OEVS field.

Reading the thesis

  • You can either print the thesis or read it on the customer computer screen.
  • You cannot save the thesis file on a flash drive or email it.
  • You cannot copy text or images from the file.
  • You cannot edit the file.

Printing the thesis

  • You can print the thesis for your personal study or research use.
  • Aalto University students and staff members may print black-and-white prints on the PrintingPoint devices when using the computer with personal Aalto username and password. Color printing is possible using the printer u90203-psc3, which is located near the customer service. Color printing is subject to a charge to Aalto University students and staff members.
  • Other customers can use the printer u90203-psc3. All printing is subject to a charge to non-University members.
Location:P1 Ark Aalto     | Archive
Keywords:EN 1998
earthquake ground motions
seismic design
finite element method
arbitrary Lagrangian-Eulerian
ALE
Euler-Lagrange coupling
fluid-structure interaction
seisminen kuorma
aikahistoriat
elementtimenetelmä
nesteen ja rakenteen vuorovaikutus
FSI
Abstract (eng):The purpose of this study is to introduce a numerical technique for analyzing a liquid-filled shell structure under EN 1998 compliant earthquake ground motions.
Prescriptions of the EN 1998 to the representation of earthquake ground motion as accelerograms are explained.
Accelerograms representing the ground motion are generated by matching recorded accelerograms to a response spectrum and, alternatively, artificial accelerograms are generated for reference.

For the numerical simulations, structures are treated with traditional Lagrangian formulation while the liquid is represented by arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) formulation.
Governing equations of the ALE formulation, the Mie-Grüneisen equation of state representing the fluid and a solving strategy based on operator splitting are introduced.
Euler-Lagrange coupling algorithm is employed to achieve the fluid-structure interaction.
Coupling mechanism based on a spring-damper system and its possible drawbacks are illustrated.
The numerical method is verified with three examples based on previous research papers which demonstrate its reliability.

An industrial-sized liquidfilled tower subjected to both the matched and artificial tri-axial accelerograms is analyzed.
Horizontal deflections of both the liquid-filled and empty towers due to the matched and artificial accelerograms are determined.
The liquid-fill is also taken into account by simply adding the liquid mass to the mass of the empty tower in order to evaluate how much the liquid motion affects the structural response.

As a result of this study, information is gained from both the effect of ground motion selection process and liquid fill on the structural response of the tower.
Vertical ground motion had no effect on the response because the tower as a vertical cantilever does not possess any modes of importance in the vertical direction.
The use of artificial accelerograms resulted in much larger deflections in the case of an empty tower and moderately larger deflections in the case of an added mass model than the use of matched accelerograms.

This is attributed to the assumption that artificial accelerograms carry higher frequency content than the matched accelerograms.
In the case of liquid-filled tower, the source of an accelerogram had a negligible effect on the response which demonstrates that the liquid fill increases the fundamental period compared to the added mass model.

The liquid fill was noted to affect the structural response not only by its mass but also by its motion.
Analyses conducted with the empty tower and the added mass model resulted in underestimation of deflections by 37.1 % and overestimation of deflections by 35.1 %, respectively.
In conclusion, this study demonstrates that the fluid-structure interaction significantly affects the dynamic behavior of a structure during a seismic event.
Abstract (fin):Tässä diplomityössä esitellään numeerinen menetelmä nesteellä täytetyn reaktoritornin maanjäristystarkastelulle standardin EN 1998 mukaisia aikahistorioita käyttäen.
Standardin EN 1998 ohjeet ja vaatimukset seismisen kuorman esittämiseksi aikahistoriana selostetaan ja niiden mukaiset aikahistoriat tuotetaan kahdella eri menetelmällä.
Ensimmäiset aikahistoriat valitaan kansainvälisestä tietokannasta ja manipuloidaan siten, että niiden taajuussisältö vastaa haluttua vastespektriä.
Toiset aikahistoriat sen sijaan tuotetaan keinotekoisesti tarkoitukseen sopivalla ohjelmalla.

Numeerisessa menetelmässä rakenteet mallinnetaan perinteisellä Lagrangen menetelmällä ja neste ALE-menetelmällä (arbitrary Lagrangian-Eulerian).
ALE-menetelmän perusyhtälöt ja niiden ratkaisuun soveltuva menettely, nestettä kuvaava Mie-Grüneisen tilayhtälö sekä nesteen ja rakenteen vuorovaikutuksen aikaansaava kytkentäalgoritmi esitellään työssä.
Kytkentäalgoritmi havainnollistetaan jousi-vaimenninsysteeminä ja siihen liittyvällä ongelmalla.
Numeerinen menetelmä verifioidaan kolmella, aikaisempiin tutkimusjulkaisuihin perustuvilla esimerkeillä ja osoitetaan menetelmän luotettavuus.

Teollisen mittakaavan nesteellä täytetty reaktoritorni analysoidaan sekä taajuudeltaan manipuloiduilla että keinotekoisilla kolmiaksiaalisilla maanjäristyksen aikahistorioilla.
Sekä nesteellä täytetyn että tyhjän tornin vaakasiirtymät manipuloitujen ja keinotekoisten aikahistorioiden johdosta määritetään.
Tyhjän tornin tapauksessa neste otetaan huomioon myös pelkkänä massana.

Tämän diplomityön tuloksena saadaan tietoa sekä aikahistorian valintaprosessin että nesteen vaikutuksesta tornin rakenteelliseen toimintaan.
Pystysuora maaperän liike ei vaikuttanut rakenteen vasteeseen, koska vertikaalisena ulokkeena tornilla ei ole merkittäviä ominaismuotoja pystysuoraan suuntaan.
Keinotekoisten aikahistorioiden käyttö johti paljon suurempiin siirtymiin tyhjän tornin tapauksessa ja hieman suurempiin siirtymiin nesteen massan huomioon ottavan tornin tapauksessa.
Tämän katsotaan aiheutuvan keinotekoisten aikahistorioiden korkeammasta taajuussisällöstä.
Nesteellä täytetyn tornin tapauksessa aikahistorian alkuperällä ei ole merkittävää vaikutusta siirtymiin, mikä osoittaa nesteen kasvattavan rakenteen ominaisperiodia nesteen pelkkänä massana huomioon ottavaan torniin verrattuna.

Tornin täyttäminen nesteellä vaikutti rakenteen siirtymiin massan lisäksi myös nesteen liikkeen kautta.
Tornin analysointi tyhjänä johti maksimisiirtymän aliarvioimiseen 37.1 %:lla ja vastaavasti nesteen huomiointi pelkkänä massana johti maksimisiirtymän yliarvioimiseen 35.1 %:lla.
Johtopäätöksenä rakenteen ja nesteen välinen vuorovaikutus vaikuttaa merkittävästi rakenteen toimintaan maanjäristyksen aikana.
ED:2014-04-06
INSSI record number: 48873
+ add basket
« previous | next »
INSSI