Investigation effect of wetted surface of cylindrical shell on vibrational frequency in different immersion depth numerically and experimentally

Authors

1 Mechanical Engineering Department, Imam Hossein comprehensive University

2 Department of Mechanical Engineering, faculty of engineering, Imam Hossein University, Tehran, Iran

3 imam hosein university

Abstract

In this paper, effect of wet surface of cylindrical shell on vibrational frequency in contact with water in different immersion depth is investigated vertically and numerically. Three steel cylindrical shells with different D/L ratio are investigated. Numerical simulation and experimental tests were compared in eight different type of water-shell contact. Effects of immersion depth, effect of difference of water-shell contact between the inner and outer surface with water and wet surface geometry for semi-immersed in vertical and horizontal direction are evaluated. The results show that the natural frequencies are suddenly reduced at the beginning of immersion and its end (full immersion). The reduction of natural frequencies in two modes of contact between the inner surface of the cylindrical shell and water as well as its outer surface contact with water is equal. For the equal wet area, more natural frequency reduction was observed at a horizontal position compared with the vertical position. Also, in the equal wetted surface, more frequency reduction is observed in horizontal than vertical directions.

Keywords

References

[1] Palacios Gomez OF (1970) Vibrations of preloaded cylindrical shells. University of Leicester.
[2] Ugural AC (1999) Stresses in plates and shells. McGraw-Hill Boston.
[3] Goncalves P, Batista R (1987) Frequency response of cylindrical shells partially submerged or filled with liquid. J Sound Vib 59-70.
[4] Maheri M, Severn R (1992) Experimental added-mass in modal vibration of cylindrical structures. Eng Struct 163-175.
[5] Missaoui J, Cheng L, Richard M (1996) Free and forced vibration of a cylindrical shell with a floor partition. J Sound Vib 190(1): 21-40.
[6] Lakis A, Neagu S (1997)  Free surface effects on the dynamics of cylindrical shells partially filled with liquid. J Sound Vib 207(2): 175-205.
[7] Jeong K.-H, Kim K.-J. (1998), Free vibration of a circular cylindrical shell filled with bounded compressible fluid. J Sound Vib 217(2): 197-221.
[8] Ergin A, Temarel P (2002) Free vibration of a partially liquid-filled and submerged, horizontal cylindrical shell. J Sound Vib 951-965.
[9] Zhang G, Li T, Zhu X, Yang J, Miao Y (2017) Free and forced vibration characteristics of submerged finite elliptic cylindrical shell. Ocean Eng 129: 92-106.
[10] عیسوند زیبائی م­ر (1397) تحلیل فرکانس‌های طبیعی یک پوسته استوانه ای ایزوتروپیک چند لایه تقویت شده با سه رینگ تحت فشارهای خارجی بر اساس تئوری    مرتبه اول برشی. نشریه علمی مکانیک سازه‌ها و شاره‌ها 246-233 :(3)8.
[11] انصاریان ی، جعفری ع­ا (1396) بررسی ارتعاشات آزاد و اجباری پوسته استوانه‌ای کامپوزیتی محتوی سیال. نشریه علمی مکانیک سازه‌ها و شاره‌ها 109-93 :(2)7.
[12] شاطرزاده ع (1392) تحلیل ارتعاش آزاد پوسته های نیم کره کامپوزیتی دارای برش در راس. نشریه علمی مکانیک سازه‌ها و شاره‌ها 42-33 :(1)3. 
[13] همتی ر، طالبی توتی م (1398) بررسی اثر شرایط مرزی، زاویه رأس و جنس هسته بر ارتعاشات آزاد پوسته کوپل مخروطی-مخروطی ساندویچی. نشریه علمی مکانیک سازه‌ها و شاره‌ها 167-180:(4)9.
[14] فایض م، داور ع، اسکندری جم ج، حیدری بنی م (1399) تحلیل ارتعاشات آزاد پوسته‌ استوانه‌ای مشبک کامپوزیتی تقویت شده با نانولوله‌های کربنی با استفاده از تئوری برشی مرتبه اول. نشریه علمی مکانیک سازه‌ها و شاره‌ها 96-77 :(4)10.
[15] محمدی مهر م، قربان پور آرانی ع، روستا ناوی ب (1394) تحلیل ارتعاشات آزاد پانل استوانه‌ای ساخته ‌شده از مواد مدرج تابعی قرار گرفته بر روی بستر الاستیک پاسترناک تحت تأثیر میدان‌های مغناطیسی با استفاده از تئوری برشی مرتبه اول. نشریه علمی مکانیک سازه‌ها و شاره‌ها 163-149 :(1)5.
[16] جعفری نیاسر م، جعفری ع­ا، ایرانی رهقی م (1399) ارتعاشات آزاد پوسته مخروطی مدرج تابعی چرخان با وصله‌های از جنس مواد هوشمند. نشریه علمی مکانیک سازه‌ها و شاره‌ها 140-127 :(2)10.
[17] قناد کهتوئی م، قارونی ح (1393) جابه­جایی‌ها و تنش‌ها در پوسته‌های استوانه‌ای توخالی جدار ضخیم چرخان FGM تحت فشار به کمک تئوری تغییر شکل برشی مرتبه سوم. نشریه علمی مکانیک سازه‌ها و شاره‌ها 78-65 :(4)1.
[18] Paak M, Paidoussis M, Misra A (2014) Nonlinear vibrations of cantilevered circular cylindrical shells in contact with quiescent fluid. J Fluids Struct 49: 283-302.
[19] Naumova N, Ivanov D, Voloshinova T, Ershov B (2015) Mathematical modelling of cylindrical shell vibrations under internal pressure of fluid flow. In Mechanics-Seventh Polyakhov's Reading International Conference.
[20] Bochkarev S, Lekomtsev S, Matveenko V (2015) Natural vibrations of loaded noncircular cylindrical shells containing a quiescent fluid. Thin Wall Struct 90: 12-22.
[21] Rahmanian M, Firouz-Abadi R, Cigeroglu E (2017) Dynamics and stability of conical/cylindrical shells conveying subsonic compressible fluid flows with general boundary conditions. Int J Mech Sci 120: 42-61.
[22] Guo W, Li T, Zhu X, Miao Y, Zhang G (2017) Vibration and acoustic radiation of a finite cylindrical shell submerged at finite depth from the free surface. J Sound Vib 393: 338-352.
[23] Wang P, Li T, Zhu X (2017) Free flexural vibration of a cylindrical shell horizontally immersed in shallow water using the wave propagation approach. Ocean Eng 142: 280-291.
[24] Guo W, Li T, Zhu X, Miao Y (2018) Sound-structure interaction analysis of an infinite-long cylindrical shell submerged in a quarter water domain and subject to a line-distributed harmonic excitation. J Sound Vib 422: 48-61.
[25] Askari E, Jeong KH (2010) Hydroelastic vibration of a cantilever cylindrical shell partially submerged in a liquid. Ocean Eng 37: 1035-1027.
[26] Tatsuzo K, Mutsumi T (1990) Breathing vibrations of a liquid-filled circular cylindrical shell. Int J Solids Struct 1005-1015.
[27] Shariati SK, Mogadas SM (2011) Vibration analysis of submerged submarine pressure hull. J Vib Acoust 133(1): 11-13.
[28] Zienkiewicz OC (1969) Coupled vibrations of a structure submerged in a compressible fluid. In Proc. of Symposium on Finite Element Techniques held at the University of Stuttgart.
[29] Zienkiewicz O, Taylor R (2000)  The finite element method. Butterworth Heinemann, Oxford, Auckland, Boston, Johannesburg, Melbourne, New Delhi.
[30] Paidoussis MP (1998) Fluid-structure interactions: Slender structures and axial flow.Academic press.
Journal of Solid and Fluid Mechanics
Volume 11, Issue 6
January and February 2022
Pages 97-109

Files

Share

How to cite

Statistics