이 논문은 압축성 유체로 채워진 원통형 탱크의 고유진동 특성을 파악하기 위한 해석적 방법을 제시하고 있다. 탱크의 동적거동은 유한 Fourier 급수전개 방법으로 전개하였으며, 압축성 유체는 선형 포텐셜 이론으로 전개하였다. 해석방법의 타당성을 검증하기 위하여 물로 채워진 양단고정의 경계조건을 갖는 원통형 탱크의 고유진동수를 해석적 방법으로 구한 다음, 상용 유한요소해석 프로그램인 ANSYS 5.2를 이용하여 검증하였다. 그 결과, 유한요소해석결과와 이론적인 방법으로 구한 이론해가 잘 일치하고 있음을 확인하였다. 또한 유체의 밀도와 압축성이 탱크의 고유진동수에 미치는 영향을 정규화된 무차원 고유진동수를 통해서 평가하였다. 유체의 밀도는 탱크의 모든 진동 모드의 고유진동수에 영향을 주지만, 유체 압축성의 영향은 저차 원주방향 모드의 진동수에서 더 크게 나타나고 있음을 확인할 수 있었다.
This paper presents an analytical method for evaluating the free vibration of a circular cylindrical tank filled with bounded compressible fluid. The analytical method was developed by means of the finite Fourier series expansion method. The compressible fluid motion was determined by means of the linear velocity potential theory. To clarify the validity of the analytical method, the natural frequencies of a circular cylindrical tank with the clamped-clamped boundary condition, and filled with water, were obtained by the analytical method and the finite element method using a comercial ANSYS 5.2 software. Excellent agreement on the natural frequencies of the liquid-filled tank structure was found. The compressiblity and the fluid density effects on the normalized coupled natural frequencies were investigated. The density of fluid affects on all coupled natural frequencies of the tank, whereas the compressibility of fluid affects mainly on the natural frequencies of lower circumferential modes.
