Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.31
no.2
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pp.87-95
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2018
This paper introduces a new explicit spectral element method for the simulation of SH-waves in semi-infinite domains. To simulate the wave motion in unbounded domains, it is necessary to reduce the infinite extent to a finite computational domain of interest. To prevent the wave reflection from the trunctated boundaries, perfectly matched layer(PML) wave-absorbing boundary is introduced. The forward problem for simulating SH-waves in PML-truncated domains can be formulated as second-order PDEs. The second-order semi-discrete form of the governing PDEs is constructed by using a mixed spectral elements with Legendre-gauss-Lobatto quadrature method, which results in a diagonalized mass matrix. Then the second-order semi-discrete form is transformed to a first-order, whose solutions are calculated by the fourth-order Runge-Kutta method. Numerical examples showed that solutions of SH-wave in the two-dimensional analysis domain resulted in stable and accurate, and reflections from truncated boundaries could be reduced by using PML boundaries. Elastic wave propagation analysis using explicit time integration method may be apt for solving larger domain problems such as three-dimensional elastic wave problem more efficiently.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.14
no.3
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pp.183-191
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2002
In general, the salient features of the floating breakwater have excellent regulation of sea-water keeping the marine always clean, up and down free movement with the incoming and outgoing tides, capable of being installed without considering the geological condition of sea-bed at any water depth. This study discusses the three dimensional wave transformation of the floating breakwater moored by piers, and its dynamic response numerically. Numerical method is based on the boundary integral method and eigenfunction expansion method. It is known that pier mooring system has higher absorption of wave energy than the chain mooring system. Pier mooring system permit only vertical motion (heaving motion) of floating breakwater, other motions restricted. It is assumed in the present study that a resistant force as friction between piers and floating pontoon is not applied far the vertical motion of the floating breakwater. According to the numerical results, draft and width of the floating breakwater affect on the wave transformations greatly, and incident wave of long period is well transmitted to the rear of the floating breakwater, And the vertical motion come to be large for the short wave period.
Kim, Moon Kyum;Huh, Taik Nyung;Jang, Jung Bum;Oh, Se Ho
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.13
no.3
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pp.25-34
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1993
The long-term behavior, such as in excavation problems of weak medium, can be dealt with by the elasto-viscoplasticity models. In this paper, a combined formulation of elasto-viscoplasticity using boundary elements and finite elements without using internal cells is presented. The domain integral introduced due to the viscoplastic stresses is transformed into a boundary integral applying direct integration in cylindrical coordinates. The results of the developed boundary element analysis are compared with those from the explicit solution and from the finite element analysis. It is observed that the boundary element analysis without internal cells results in some error because of its deficiency in handling the nonlinearity in local stress concentration. Therefore, a coupled analysis of boundary elements and finite elements, in which finite elements are used in the area of stress concentration, is developed. The coupled method is applied to a time dependent inelastic problem with semi-infinite boundaries. It results in reasonable solution compared with other methods where relatively higher degree of freedoms are employed. Thus, it is concluded that the combined analysis may be used for such problems in the effective manner.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.16
no.4
s.97
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pp.197-204
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1999
The boundary element method was used for studying singularities of an interface crack with contact zones. The iterative procedure is applied to estimate the contact zone size. Because the contact zone size was extremely small in a tension field, a large number of Gaussian points were used for numerical integration of the Kernels. Stress extrapolation method and J-integral were used ofr determining stress intensity factors. When the interface crack was assumed to have opened tips, oscillatory singularities appear near the tips of the interface crack. But the interface crack with contact zone which Comninou suggested had no oscillatory behavior. The contact zone size under shear loading was much larger than that under tensile. The stress intensity factors computed by stress extrapolation method were close to those of Comninou's solution. And the stress intensity factor evaluated by J-integral was similar to that by stress extrapolation method.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers
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v.36
no.11
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pp.777-782
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1987
A new composite method of finite element and boundary integral methods is presented to solve the two dimensional magnetostatic field problems with open boundary. The method can deal with the current source of the boundary integral regin where the boundary integral method is applied, and also Neumann and Dirichlet boundary conditions at the interfacial boundary between the boundary integral region and the finite element region where the finite element method is applied. The new approach has been applied to a simple linear problem to verify the usefulness. It is shown that the proposed algorithm gives more accurate results than the finite element methed under the same elementdiscretization.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.22
no.4
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pp.299-306
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2009
Design optimization is a method to find optimum point which minimizes the objective function while satisfying design constraints. The conventional optimization does not consider the uncertainty originated from modeling or manufacturing process, so optimum point often locates on the boundaries of constraints. Reliability based design optimization includes optimization technique and reliability analysis that calculates the reliability of the system. Reliability analysis can be classified into simulation method, fast probability integration method, and moment-based reliability method. In most generally used MPP based reliability analysis, which is one of fast probability integration method, if many MPP points exist, cost and numerical error can increase in the process of transforming constraints into standard normal distribution space. In this paper, multiplicative decomposition method is used as a reliability analysis for RBDO, and sensitivity analysis is performed to apply gradient based optimization algorithm. To illustrate whole process of RBDO mathematical and engineering examples are illustrated.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.4
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pp.621-629
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1992
This study is concerned with an application of the Boundary Element Method to 2-dimensional elastoplastic stress analysis on the material nonlinearities. The boundary integral formulation adopted an initial stress equation in the inelastic term. In order to determine the initial stress increment, the increment of initial elastic strain energy due to elastic increment in stressstrain curve was used as the convergence criterion during iterative process. For the validity of this procedure, the results of B.E.M. with constant elements and NISA with linear elements where compared on the thin plate with 2 edge v-notches under static tension and the thick cylinder under internal pressure. And this paper compared the results of using unmedical integral with the results of using semi-analytical integral on the plastic domain integral.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.17
no.1
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pp.39-47
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2004
In this paper, the defects of two-dimensional anisotropic elastic bodies are identified by using the boundary element method. The use of numerical models that contain only boundary integral terns reduces the dimensionality of the problem by one. This advantage is particularly important in problems such as crack mechanics. Avoiding domain meshing is also particularly advantageous in the solution of inverse problems since it overcomes mesh perturbations and simplifies the procedure. In this paper, nondestructive approaches for the existing isotropic materials are extended to analyze the elastic bodies made of anisotropic materials such as composites. After verifying that the proposing boundary element model is in good agreement with numerical results reported by other investigators, the effect of noise in the measurements on the identifiability is studied with respect to different design parameters of layered composites. Sample studies are carried out for various layup configurations and loading conditions. The effects of the layup sequences in detecting flaw of composites is explored in this paper.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.4
no.3
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pp.146-155
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1992
It has been conventional to treat the land boundary as a fixed one in numerical modeling of tidal flows, particularly in the finite element scheme. However conventional models using the fixed land boundary result in unrealistic tidal flows in inter-tidal zones which exist over wide coastal area in Korea. In this study, a 2-dimensional hydrodynamic model, using finite element method for moving boundary problems was developed. The performance of the model was tested in a rectangular channel with an open boundary at one end and a moving boundary at the other end. The model was applied to calculate the tidal currents in Maro Hae, located in the southwestern part of Korea where wide tidal flats develop. The behavior of tidal currents in the Udolmok and near the tidal flats in the study area was satisfactory when compared with the observed data. Variation of tidal currents due to the construction of Kochunam sea-dyke which barrages large area of tidal flat was presented. The results of this study confirm the efficiency of moving boundary treatment in coastal numerical models.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.33
no.3
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pp.35-47
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1996
A surface panel method treating a boundary-value problem of the Dirichlet type is presented to design a three dimensional body with free surface corresponding to a prescribed pressure distribution. An integral equation is derived from Green's theorem, giving a relation between total potential of known strength and the unknown local flux. Upon discretization, a system of linear simultaneous equations is formed including free surface boundary condition and is solved for an assumed geometry. The pseudo local flux, present due to the incorrect positioning of the assumed geometry, plays a role f the geometry corrector, with which the new geometry is computed for the next iteration. Sample designs for submerged spheroids and Wigley hull and carried out to demonstrate the stable convergence, the effectiveness and the robustness of the method. For the calculation of the wave resistance, normal dipoles and Rankine sources are distributed on the body surface and Rankine sources on the free surface. The free surface boundary condition is linearized with respect to the oncoming flow. Four-points upwind finite difference scheme is used to compute the free surface boundary condition. A hyperboloidal panel is adopted to represent the hull surface, which can compensate the defects of the low-order panel method. The design of a 5500TEU container carrier is performed with respect to reduction of the wave resistance. To reduce the wave resistance, calculated pressure on the hull surface is modified to have the lower fluctuation, and is applied as a Dirichlet type dynamic boundary condition on the hull surface. The designed hull form is verified to have the lower wave resistance than the initial one not only by computation but by experiment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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