Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Effects of rotation on transient fluid flow and heat transfer through a curved square duct: the case of negative rotation

Hasan Mohammad Sanjeed, Mollah Md. Tusher, Kumar Dipankar, Mondal Rabindra Nath, Lorenzini Giulio

International Journal of Applied Mechanics and Engineering

|

2021

|

Vol. 26, no. 4

29--50

EN

The fluid flow and heat transfer through a rotating curved duct has received much attention in recent years because of vast applications in mechanical devices. It is noticed that there occur two different types of rotations in a rotating curved duct such as positive and negative rotation. The positive rotation through the curved duct is widely investigated while the investigation on the negative rotation is rarely available. The paper investigates the influence of negative rotation for a wide range of Taylor number [...] when the duct itself rotates about the center of curvature. Due to the rotation, three types of forces including Coriolis, centrifugal, and buoyancy forces are generated. The study focuses and explains the combined effect of these forces on the fluid flow in details. First, the linear stability of the steady solution is performed. An unsteady solution is then obtained by time-evolution calculation and flow transition is determined by calculating phase space and power spectrum. When Tr is raised in the negative direction, the flow behavior shows different flow instabilities including steady-state, periodic, multi-periodic, and chaotic oscillations. Furthermore, the pattern variations of axial and secondary flow velocity and isotherms are obtained, and it is found that there is a strong interaction between the flow velocities and the isotherms. Then temperature gradients are calculated which show that the fluid mixing and the acts of secondary flow have a strong influence on heat transfer in the fluid. Diagrams of unsteady flow and vortex structure are further sketched and precisely elucidate the curvature effects on unsteady fluid flow. Finally, a comparison between the numerical and experimental data is discussed which demonstrates that both data coincide with each other.

2

Enhanced modelling and numerical testing of GFRP composite box beam with adhesive joints

Klasztorny M., Nycz D. B., Zając K. P.

Composites Theory and Practice

|

2018

|

R. 18, nr 4

217--226

EN

The subject of the experiment and numerical research is a simply-supported thin-walled box beam with a span of 2.00 m, created by gluing two composite GFRP shells. The beam was subjected to a three-point bending test controlled by displacement in the range from 0 to 300 mm. An experimental bending test, numerical modelling and simulations of this test as well as validation of the modelling and simulation were carried out. In comparison with the authors’ previous publication, adjustments and enhancements include: correction of the GFRP material constants and friction coefficients; testing the key numerical parameters of the geometrically and physically non-linear task, i.e. an iteration step in the implicit algorithm, a convergence tolerance coefficient, FE mesh density; testing the use of the Glue contact option in the MSC.Marc FE code for modelling adhesive joints; quasi-optimization of the ply sequence with the maximum load bearing capacity as the objective function. The parameters and options of numerical modelling and simulation of glued composite shells in the MSC.Marc system were determined, useful for detailed design calculations of composite FRP structures.

PL

Przedmiotem badań numerycznych jest cienkościenna belka skrzynkowa swobodnie podparta, o rozpiętości 2.00 m, utworzona przez sklejenie dwóch powłok kompozytowych GFRP ze sobą na całej długości belki. Belkę poddano próbie trójpunktowego zginania sterowanego przemieszczeniem w zakresie od 0 do 300 mm. Przeprowadzono eksperymentalną próbę zginania, modelowanie numeryczne i symulacje tej próby oraz walidację modelowania i symulacji. W porównaniu z poprzednią pracą autorów (Composites Theory and Practice, 2015) korekty i ulepszenia obejmują: korektę stałych materiałowych kompozytu GFRP i współczynników tarcia, testowanie parametrów numerycznych zadania nieliniowego geometrycznie i fizycznie, tj. krok iteracyjny w algorytmie implicite, współczynnik tolerancji zbieżności, gęstość siatki elementów skończonych, testowanie opcji Glue contact w systemie MSC.Marc do modelowania spoin klejowych, quasi-optymalizacja sekwencji warstw z funkcją celu w postaci maksimum nośności belki przy zginaniu. Wyznaczono parametry i opcje modelowania numerycznego i symulacji kompozytowych powłok sklejanych z użyciem systemu MSC.Marc, przydatne do szczegółowych obliczeń projektowych konstrukcji z kompozytów FRP.

3

Modelling and numerical simulations of a TB51 road crash test using a simplified coach model

Dziewulski P.

Archiwum Motoryzacji

|

2016

|

Vol. 72, nr 2

29--42

EN

The paper proposes a methodology of a TB51 virtual crash test on the example of the selected bridge protective barrier, using a simplified coach model. In simulations of crash tests, the nonlinear, explicit finite element code LS-Dyna v971 was used. The simulation results corresponding to the simplified model were compared with the simulation results for a quasi-accurate model and the experimental crash test results. It was shown that the simplified vehicle model can be used in tests certifying a barrier modified in relation to the certified reference barrier.

PL

W pracy zaproponowano metodologię wirtualnego badania zderzeniowego TB51 wg normy PN-EN 1317 na przykładzie wybranej mostowej bariery ochronnej, z zastosowaniem uproszczonego modelu autobusu. Celowo zrezygnowano z wpływu zawieszenia, tarcia kół o nawierzchnię, obrotu wokół poziomych osi centralnych pojazdu oraz maksymalnie uproszczono strefy zgniotu. Celem jest skrócenie symulacji i umożliwienie szybkiej kalibracji modelu pojazdu. Takie podejście pomoże również jednostkom certyfikującym w ocenie wyników ze względu na uproszczenie i ujednolicenie pojazdów używanych w symulacjach uderzenia w barierę. Wyniki symulacji odpowiadające modelowi uproszczonemu porównano z wynikami symulacji dla modelu quasi-dokładnego oraz z wynikami eksperymentalnego testu zderzeniowego. Wykazano, że uproszczony model pojazdu może być zastosowany do badań certyfikujących bariery zmodyfikowanej w stosunku do bariery referencyjnej mającej certyfikat. Do symulacji testów zderzeniowych zastosowano nieliniowy jawny kod Metody Elementów Skończonych LS-Dyna v971.

4

Modelling, simulation and validation of bending test of box segment formed as two composite shells glued together

Klasztorny M., Nycz D., Cedrowski M.

Composites Theory and Practice

|

2015

|

R. 15, nr 2

88--94

EN

The present experimental and numerical research is focused on a box composite beam, so-called a validation segment, consisting of two vinylester/glass shells glued together. The top shell has a hat cross-section, whereas the bottom one is flat. The shells are glued together at two horizontal contact strips. The validation segment reflects the central part of the cross- and longitudinal-section of a box composite superstructure of a footbridge designed by the authors. The dimensions of the cross-section and the number of fabric layers in the validation segment are decreased twice in comparison with the footbridge superstructure. Moreover, the composite beam was rotated by 180° in relation to the footbridge. The validation segment is 2.35 m long, and the cross-section overall dimensions are 0.60 m × 0.26 m (width×height). The laminate components, glue and manufacturing technology of the validation segment are the same as for the composite footbridge. The study develops a methodology for numerical modelling and simulation by the Finite Element Method of box composite girders formed as two composite shells glued together. The methodology is developed in reference to the validation segment which is subjected to the 3-point bending test with shear. Experimental validation of the modelling and simulation was carried out for the basic case of new laminates at 20°C. FE computer code MSC.Marc 2010 was used for the numerical modelling and simulation.

PL

Przedmiotem badań eksperymentalnych i numerycznych jest belka kompozytowa o przekroju skrzynkowym, zwana segmentem walidacyjnym, składająca się z dwóch sklejonych ze sobą powłok kompozytowych winyloestrowo-szklanych. Powłoka górna ma przekrój kapeluszowy, a powłoka dolna jest płaska. Powłoki są sklejone ze sobą na dwóch poziomych pasach kontaktu. Segment walidacyjny odwzorowuje środkową część przekroju poprzecznego i podłużnego konstrukcji nośnej kompozytowej skrzynkowej kładki dla pieszych zaprojektowanej przez autorów. Wymiary przekroju poprzecznego oraz liczba warstw tkanin w laminatach segmentu walidacyjnego są dwukrotnie mniejsze w porównaniu z konstrukcją nośną kładki. Ponadto, segment belkowy obrócono o 180° w porównaniu z kładką. Długość segmentu wynosi 2,35 m, a wymiary gabarytowe przekroju poprzecznego są równe 0,60 m × 0,26 m (szerokość × wysokość). Komponenty laminatów, klej oraz technologia wytwarzania segmentu walidacyjnego są takie same jak w przypadku kładki kompozytowej. Opracowano metodykę modelowania numerycznego i symulacji z wykorzystaniem metody elementów skończonych belek kompozytowych w formie dwóch sklejonych ze sobą powłok kompozytowych. Metodyka została opracowana w odniesieniu do segmentu walidacyjnego poddanego trójpunktowemu zginaniu ze ścinaniem. Walidację eksperymentalną modelowania i symulacji przeprowadzono w podstawowym przypadku laminatów nowych w temperaturze 20°C. Do numerycznego modelowania i symulacji zastosowano kod elementów skończonych MSC.Marc 2010.

5

Numerical modelling and simulation of RN-B composite joint tensile test and experimental validation

Klasztorny M., Bondyra A., Romanowski R., Nycz D., Gotowicki P.

Composites Theory and Practice

|

2012

|

R. 12, nr 3

198-204

EN

The study develops the numerical modelling of a single rivetnut-bolt single-lap joint (RN-B) with in-plane and out-of-plane technological clearances, applied to joining longitudinal flanges of glass-polyester composite segments of tank covers. 3D modelling has been developed to simulate the RN-B joint tensile test aimed at determining the translational stiffness coefficients of the joint. Next, approximate 2D modelling of the RN-B joint tensile test has been developed using the translational stiffness coefficients (from 3D modelling and simulation), selected shell elements and the bushing-type bar element. The experimental validation test related to the RN-B joint tensile test has been examined up to full loss of load capacity. It has been proved that the translational stiffness coefficients in the elastic range (before joint failure) can be predicted correctly for a 3D joint model. The predicted stiffness coefficients can be applied in 2D modelling for the connections of shell segment flanges having the same stacking sequence of laminas. This approach is useful in engineering calculations and the design of glass-polyester laminate tank covers.

PL

W pracy rozwinięto modelowanie numeryczne pojedynczego złącza jednozakładkowego nitonakrętka - śruba (NN-S) z luzami technologicznymi w płaszczyźnie złącza i prostopadle do płaszczyzny złącza, stosowanego do łączenia wzdłużnych kołnierzy segmentów kompozytowych poliestrowo-szklanych przekryć zbiorników. Opracowano modelowanie 3D do symulacji próby rozciągania złącza NN-S w celu określenia sztywności translacyjnych złącza. Następnie opracowano modelowanie uproszczone 2D złącza NN-S z wykorzystaniem wymienionych sztywności, elementów powłokowych i elementu prętowego typu bushing. Przeprowadzono test eksperymentalny walidacyjny rozciągania badanego złącza aż do całkowitej utraty nośności. Wykazano, że sztywności translacyjne złącza NN-S w zakresie sprężystym (przed zniszczeniem złącza) można poprawnie prognozować z modelu 3D, a następnie stosować je w modelowaniu 2D połączeń kołnierzy o analogicznej sekwencji warstw 2D powłokowych modeli segmentów przekryć kompozytowych poliestrowo-szklanych.

6

Numerical modelling and simulation of composite segment bending test and experimental validation

Nycz D., Bondyra A., Klasztorny M., Gotowicki P.

Composites Theory and Practice

|

2012

|

R. 12, nr 2

126-131

EN

The three-point bending test has been performed for a single-wave glass-polyester laminate segment. The geometry and stacking sequence of the segment is modelled on a selected composite tank cover. The main purpose of the study is to develop numerical modelling and simulation methodology for such a test using FE code MSC.Marc/Mentat as well as to perform experimental validation. The segment was manufactured in ROMA Ltd., Grabowic, Poland and made of a glass-polyester mixed laminate with a (CSM450/STR600)4/CSM450 stacking sequence, using contact technology. The elastic and strength constants of the laminas have been derived experimentally on standard specimens cut from homogeneous laminates M (5xCSM450) and F (4xSTR600). The laminate components constitute: Polimal 104 polyester resin (matrix; produced by Organika-Sarzyna Co., Poland), E-glass mat and E-glass 1/1 plain weave fabric (reinforcement; produced by KROSGLASS Co., Poland). The numerical tests include the application of six selected shell finite elements, which accept layered composite material declaration, available in the MSC.Marc FE library. Simulated pressure force - punch displacement diagrams are presented against the respective experimental results. It has been pointed out that Element_75 (Bilinear Thick Shell) gives the results closest to reality, both qualitatively and quantitatively. A set of options/values of numerical modelling and simulation parameters elaborated by the authors' team in earlier papers has been applied. Index failures contours related to subsequent laminas are recommended for the design of shell segments of laminate covers of tanks and canals.

PL

Przeprowadzono próbę zginania "trójpunktowego" segmentu jednofalowego wykonanego z laminatu poliestrowo-szklanego, o geometrii i strukturze wzorowanej na wybranym przekryciu kompozytowym zbiornika. Celem pracy jest opracowanie metodyki modelowania numerycznego i symulacji takiej próby w środowisku obliczeń inżynierskich MSC.Marc/Mentat oraz walidacja eksperymentalna. Segment wytworzono w przedsiębiorstwie ROMA Sp. z o.o. z laminatu mieszanego o sekwencji warstw nośnych (CSM450/STR600)4/CSM450. Stałe sprężystości i wytrzymałości lamin wyznaczono na próbkach wytworzonych z laminatów jednorodnych M (5xCSM450), F (4xSTR600). Komponenty laminatów są następujące: żywica poliestrowa Polimal 104 (osnowa; producent Organika-Sarzyna), mata ze szkła E oraz tkanina ze szkła E (wzmocnienie; tkanina o splocie prostym 1/1; producent KROSGLASS Krosno). Przetestowano przydatność sześciu wybranych elementów skończonych z biblioteki elementów w systemie MSC.Marc, dla których możliwa jest deklaracja kompozytu warstwowego. Wyniki symulacji przedstawiono na tle wyników eksperymentalnych. Wykazano, że Element_75 (Bilinear Thick Shell) prowadzi do wyników zgodnych jakościowo i ilościowo z wynikami eksperymentalnymi. W modelowaniu i symulacji zastosowano układ opcji/wartości parametrów modelowania i symulacji wypracowany przez autorów we wcześniejszych pracach. Do projektowania segmentów powłokowych przekryć zarekomendowano mapy indeksów niszczenia poszczególnych warstw laminatu.

7

Laboratoryjne wzorce do walidacji programów odlewniczych

Kowalewski T. A., Cybulski A., Michałek T., Kowalczyk M.

Prace Instytutu Podstawowych Problemów Techniki PAN

|

2005

|

nr 1

1-107

PL

Prezentowane w niniejszej pracy badania wiążą się ściśle z dziedziną transportu ciepła w procesach metalurgicznych. Procesy te charakteryzują się silnie nieliniowym sprzężeniem zjawisk przepływowych ze zjawiskami przemiany fazowej, na ogół w złożonych geometriach i w obecności swobodnej powierzchni. Przedmiotem modelowania numerycznego w odlewnictwie są podstawowe procesy służące do nadania kształtu i własności odlewu, tj. zalewanie formy, krzepnięcie (kształtowanie struktury materiału) oraz stygnięcie (związane z powstawaniem naprężeń i skurczy odlewniczych). Ze względu na złożoność problemu, modelowanie numeryczne zjawisk fizycznych zachodzących w tych procesach wiąże się przyjęciem wielu założeń upraszczających, często znacznie modyfikujących podstawowa parametry badanego problemu. Silna nieliniowość zjawisk powoduje, że oszacowanie błędów spowodowanych nieuniknionymi uproszczeniami w modelach numerycznych jest trudne lub niemożliwe. Istotnym kryterium przydatności danego modelu numerycznego staje się więc jego weryfikacja eksperymentalna. Weryfikacja jest też potrzebna przy empirycznym dopasowaniu parametrów wymaganych w obliczeniach modelowych, tzn. wyznaczeniu charakterystyk materiałowych,, czy termicznych warunków brzegowych w taki sposób, by zapewniały maksymalną zgodność wyników numerycznych z obserwacjami na stanowisku eksperymentalnym lub w odlewni. Z drugiej strony, badania prowadzone w warunkach laboratoryjnych stanowią część procesu tworzenia modeli symulacyjnych. Wobec olbrzymiej liczby czynników wpływających na jakość odlewów istnieje konieczność wyodrębnienia najistotniejszych cech procesu fizycznego i opracowania metody kontroli prawidłowości ich odtworzenia w rozwiązaniu numerycznym. Taka procedura związana jest z koniecznością doskonalenia zarówno modeli symulacyjnych jak i technik zbierania danych empirycznych. Weryfikacja, rezultatów symulacji numerycznych w warunkach przemysłowych jest bardzo trudna i często możliwa jedynie dła globalnych parametrów. W związku z tym w ramach tej pracy zaproponowano i stworzono cztery grupy laboratoryjnych modeli eksperymentalnych o dobrze zdefiniowanych parametrach przepływowych. Uproszczona geometria i odpowiedni dobór zastosowanych materiałów umożliwiły precyzyjny pomiar pól prędkości, temperatur, struktury przepływu i geometrii frontów fazowych. W tak zdefiniowanych modelach starano się by mimo koniecznych uproszczeń zachować większość cech charakteryzujących zjawiska fizyczne towarzyszące procesom typowym dla odlewnictwa. Zdefiniowane tą drogą eksperymentalne wzorce {benchmarks) procesów odlewniczych wykorzystano do analizy wiarygodności symulacji numerycznych przeprowadzonych przy wykorzystaniu dostępnych komercyjnych kodów numerycznych (FLUENT, FIDAP, VULCAN, PROCAST), kodów uniwersyteckich (FRECON, ICE3D), a także dla rozwoju własnego oprogramowania (SOLVSTR, MESHFREE). Rezultaty badań eksperymentalnych, stworzone wzorce i przeprowadzona, analiza wiarygodności wybranych kodów numerycznych wykazały istnienie szeregu niedoskonałości w istniejących i powszechnie stosowanych narzędziach inżynierskich, używanych do modelowania procesów krzepnięcia. Konieczne dla przyspieszenia obliczeń uproszczenia modeli wiążą się z ryzykiem generacji rezultatów znacznie odbiegających od przebiegu zjawiska fizycznego. Przeprowadzone badania wskazały na przydatność kontrolnych badań eksperymentalnych, pozwalających oszacować wpływ uproszczeń wprowadzanych w modelach numerycznych. W pierwszej części niniejszej pracy przedstawiono opis stanowiska pomiarowego oraz metodykę i zakres przeprowadzonych badań laboratoryjnych, zilustrowanych przykładami uzyskanych wyników. Główny rezultat badań, szczegółowe tabele wartości zmierzonych parametrów przepływu (pola prędkości, temperatur), położenia frontu fazowego) zebrano w załączniku. Dane te stanowią w zamierzeniu autorów pracy podstawę do weryfikacji kodów numerycznych stosowanych zarówno w ośrodkach akademickich jak i w przemyśle do modelowania przepływów z przemianą fazową. Kolejny rozdział pracy poświęcono opisowi podstaw teoretycznych typowych modeli numerycznych i dyskusji problemów związanych z weryfikacją tych modeli. Biorąc pod uwagę trudny do oszacowania wpływ niedokładności niektórych schematów numerycznych, zaproponowano nowy wzorzec (benchmark) numeryczny dla weryfikacji symulacji problemów konwekcji naturalnej. Wykorzystanie takiego wzorca umożliwia weryfikację zastosowanej metodyki symulacji numerycznej już na etapie budowania schematu i ułatwia optymalizację dyskretyzacji geometrii. Na tym etapie pracy przeprowadzono również test nowej w numerycznej mechanice płynów techniki numerycznej, rokującego duże nadzieje dla modelowania procesów przemysłowych, tzw, metody dyskretyzacji bezsiatkowej. Rezultaty przeprowadzonych testów porównawczych kilku używanych w pracy kodów numerycznych wskazały na przewagę metody objętości skończonych w zakresie dokładności obliczeń a metody elementów skończonych w zakresie czasu obliczeń. Metoda bezsiatkowa w obecnej realizacji numerycznej charakteryzuje się małą dokładnością rozwiązań i bardzo długimi czasami obliczeń. Wskazuje to na konieczność dalszych prac nad udoskonaleniem tego nowego w numerycznej mechanice płynów podejścia. Pełne zestawienie zbiorczych kart pomiarowych, tabel uzyskanych wyników z pomiarów laboratoryjnych oraz wyników obliczeń numerycznych stanowi odrębne opracowanie. W dodatku A, zamieszczonym na końcu niniejszej pracy, wskazane zostały podstawowe wyniki z proponowanych wzorców eksperymentalnych. Szczegółowe wyniki eksperymentów oraz porównań z obliczeniami numerycznymi są dostępne do wykorzystania przez inne ośrodki na stronach WWW (http://fluid.ippt.gov.pl/benchmark).

EN

Numerical modelling of casting problems implies introduction of several assumptions and simplifications. However, strong non-linearity of the governing equations combined with a moving boundary make a priori prediction of consequences of inaccuracy or simplifications used in the numerical models almost impossible. This obviously appeals laboratory experiments to verify and validate numerical methodology used. Unfortunately most industrial problems involve configurations and substances which are very difficult to investigate experimentally. Therefore three experimental benchmarks has been constructed, based on so called analog fluids which are transparent and have well known physical properties; sucemonitrile, poliethylen glycol, water and glycerine. The mould filling and freezing was investigated in small rectangular containers: inclined channel with forced flow, freezing at two isothermal, parallel walls: freezing from the top surface in a cubic cavity immersed in hot environment; volumetric freezing in a cube filled with fluid. Optical methods: Particle Image Velocimetry and Thermometry were applied for the flow analysis. Computer supported experimentation combined with digital data recording and processing allowed for the acquisition of a large amount of details on temporary temperature and velocity fields, as wrell as on phase front position. This data are available on the wrebsite and in several publications to be used as experimental benchmarks which allow the validation of numerical models used in solidification problems. The data obtained were used to test reliability of typical casting codes (Vulcan, Procast), two general purpose CFD codes Fluent and Fidap, and available university codes. Investigations indicated large sensitivity of the simulation results on thermal boundary conditions. Severe discrepancies were observed for data obtained with the casting codes. The performance and accuracy of typical approximation schemes finite differences, finite volume and finite element method, were compared with a new mesh-free numerical approach, for a flow configuration typical for solidification problems. The finite volume method appeared favourable in accuracy whereas finite element in performance (speed). Performance and accuracy of the mesh-free approach was unsatisfactory. It indicates necessity for further development of its fundamental algorithms.