روش همبسته FEM-CFD براي ارزيابي تاثير اسلاشينگ سطح آزاد بر روي پاسخ ديناميكي مخازن ذخيره مدور

A coupled FEM‐CFD Method for Investigating free Surface Sloshing Effect on Dynamic Response of Circular Storage Tanks

تحليل ديناميكي مخازن ذخيره مايع يكي از موضوعات جالب در مهندسي زلزله است. در مقاله حاضر روش همبسته FEM-CFD براي تحليل مخازن مدور بكار رفته است. شبيه سازي‌هاي اندركنشي سيال- سازه سه بعدي، با استفاده از كدهاي همبسته ديناميك سيال محاسباتي(CFD) از نرم افزار تجاري STAR – CCM + و كدهاي روش المان محدود(FEM) نرم افزار آباكوس انجام شده‌اند. در روش پيشنهاد شده، اسلاشينگ سطح ارتفاع مايع با استفاده از روش كاربرد حجم سيال (VOF) كه داراي كاربرد‌هاي گسترده‌اي در روش CFD است انجام شده است. مخزن با استفاده از FEM و ديدگاه لاگرانژين شبيه سازي شده است. فنداسيون صلب تلقي شده و بارگذاري ديناميكي زلزله با استفاده از ركوردهاي حركت زمين به منظور تحليل سيستم همبسته مخزن مايع در ارتفاع اصلي آن انجام شده است. پاسخ‌هاي بدست آمده با نتايج نرم افزار تجاري مقايسه شده است. با استفاده از ميانگين تغييرات سطح آب در مخزن مدور، مواردي از قبيل برش پايه، لنگر پايه و پاسخ هاي اسلاشينگ، تحت سطوح مختلف آب مقايسه شده است. با توجه به نتايج بدست آمده مشخص گرديد كه روش همبسته FEM –CFD بهترين و مناسبترين روش براي انجام مسئله بوده و همه جنبه هاي پديده از جمله ديناميك سيال محاسباتي و معادله تشكيل دهنده مقاومت جسم را با دقت بالا را در نظر مي‌گيرد. كلمات كليدي: روش همبسته FEM-CFD، اسلاشينگ سطح، پاسخ ديناميكي، مخازن ذخيره مايع، اندركنش سيال-سازه

Dynamic analysis of liquid storage tanks is one of the interesting topics in earthquake engineering. In the present paper, the FEM-CFD correlated method is used to analyze circular storage tanks. The 3D fluid-structure interaction simulations are done by computational fluid dynamic correlated codes of the commercial software STAR - CCM + and finite element method (FEM) codes of ABAQUS software. In the proposed method, liquid level slashing is performed using the volume of fluid (VOF) method, which has extensive applications in the CFD method. The tank is simulated using FEM and the Lagrangian view. The foundation is considered as rigid and the dynamic loading of the earthquake is carried out using ground motion records in order to analyze correlated liquid tank system at its main level. The obtained answers are compared with the results of the commercial software. Using the average water level changes in the circular storage tank, factors such as the based shear, base abhors and slashing responses are compared under different levels of water. Based on the obtained results it was found that the correlated FEM-CFD method is the best and most suitable method to solve the problem and considers all aspects of the phenomenon including the dynamics of computational fluid and the equation constituting the resistance of the object with high precision.