This paper introduced a simple numerical analysis algorithm for the calculation of the dynamic responses of the beam structure with a moving mass. The dynamic equation of motion of the Bernoulli-Euler beam is derived by considering the moving mass as a moving particle, and the dynamic equation of motion is transformed into an integro-differential equation by use of the structural influence function. The numerical solutions of the integro-differential equation are obtained by the modal analysis approach, and compared with those cited from well-known references. The proves that the numerical analysis algorithm proposed herein provide very reliable results, and thus it can be utilized in the design analysis of the beamlike structures exited by a mass which is traveling on it.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.10
no.2
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pp.83-92
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1998
To evaluate the hydraulic resistance behind bodies in a large scale grid numerical model, a drag stress term which is formulated by the drag force is introduced in the depth-integrated Reynolds equations. And also, the applicability and problems of this model are discussed through various numerical experiments where the analytical solutions exist. In the case of a single body, the error range of velocity difference between analytical and numerical solutions is within $\pm$10% and the wake width behind the body shows a good agreement with the analytical solution. When the drag coefficient and the eddy viscosity are precisely decided, the numerical solutions behind a row of bodies will be efficiently used in real situations.
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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2009.10a
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pp.821-824
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2009
Conformal mapping is useful to solve problems in physics, engineering and so on. This paper is to discuss the numerical conformal mapping from the unit disk onto Jordan region, which can be solved by Theodorsen equation. Wegmann's method has been known as the most efficient one for the Theodorsen equation. However, we found divergence through numerical experiments by the iterative method of Wegmann. The divergence occurs especially when some degree of difficulty is high. We analyze the cause of divergence and propose an improved method by applying a low frequency pass filter to Wegmann's method. By this proposed method we can get a stable convergence for all the problems which was unstable with the Wegmann's method.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.7
no.1
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pp.75-82
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1987
It is the objective of this study to estimate J-integral by numerical analysis, in which J-integral as aparameters in fracture mechanics can be used to evaluate unstable ductile fracture which is a important problem with respect to structural stability when the scope is beyond small scale yielding criteria. For this, 8-node isoparametric singular element as crack tip element of a cracked material was used to solve plastic blunting phenomenon at crack tip, and crack opening was forced to start when J-value was exceeding fracture toughness $J_{IC}$ of the material. And crack propagation behaviour was treated by using crack opening angle. From this study, it was shown that crack opening, stable propagation and unstable opening point of the cracked material found by using J-value obtained from this study were accord with the other study, so think, J-value obtained from this study can be directly used as a parameter in fracture mechanics to deal with the problem of stable propagation of crack and unstable ductile fracture.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.12
no.4
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pp.642-651
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1988
The present paper develops finite element procedures to calculate displacements, strains and stresses in initially stressed elastic solids subjected to static or time-dependent loading conditions. As a point of departure, we employ Hamilton's principle to obtain nonlinear equations of motion characterizing the displacement in a solid. The equations of motion reduce to linear equations of motion if incremental stresses are assumed to be infinitesimal. In the case of linear problem, finite element solutions are obtained by Newmark's direct integration method and by modal analysis. An analytic solution is referred to compare with the linear finite element solution. In the case of nonlinear problem, finite element solutions are obtained by Newton-Raphson iteration method and compared with the linear solution. Finally, the effect of the order of Gauss-Legendre numerical integration on the nonlinear finite element solution, has been investigated.
A volume integral equation method (VIEM) is introduced for the solution of elastostatic problems in an unbounded isotropic elastic solids containing interacting multiple isotropic or anisotropic elliptical inclusions subject to remote uniaxial tension. The method is applied to two-dimensional problems involving long parallel elliptical cylindrical inclusions. A detailed analysis of stress field at the interface between the matrix and the central inclusion is carried out for square and hexagonal packing of the inclusions. Effects of the number of isotropic or anisotropic elliptical inclusions and various fiber volume fractions for the circular inclusion circumscribing its respective elliptical inclusion on the stress field at the interface between the matrix and the central inclusion are also investigated in detail. The accuracy and efficiency of the method are examined through comparison with results obtained from analytical and finite element methods. The method is shown to be very accurate and effective for investigating the local stresses in composites containing isotropic or anisotropic elliptical fibers.
In this paper, the vector gravity and gravity gradient tensor of an elliptical disk are derived. The vector gravity of an elliptical disk is defined by differentiating the gravitational potential due to the elliptical disk expressed by a double integral with respect to each axial direction. The vector gravity defined by the double integral is then transformed into a line integral of a closed curve along the elliptical disk boundary using the complex Green's theorem. Finally, vector gravity due to the elliptical disk is derived by 1D parametric numerical integration along the elliptical disk boundary. The xz, yz, zz components of the gravity gradient tensor due to the elliptical disk are obtained by differentiating the vector gravity with respect to vertical direction. The xx, yy, xy components are derived by differentiating the horizontal components of the vector gravity in the form of a double integral with respect to horizontal directions and then using the complex Green's theorem.
파랑의 전파와 변형에 대한 연구에는 수심방향으로 적분한 2차원방정식인 완경사방정식과 Boussinesq 방정식을 기반으로 한 수치모형을 이용한 연구가 최근까지 가장 활발하게 진행되어 오고 있다. 그러나 실제 구조물의 설계에는 2차원 수치모형에서 고려할 수 없는 수심방향 유속에 기인한 정확도의 문제로 인해 구조물의 형상과 재원을 설계하기 위한 정교한 수치모형실험이 어려워 주로 수리모형실험에 의존해 왔다. 수리모형실험은 실제 현상을 가장 잘 재현해낼 수 있어 신뢰성이 매우 높지만 다양한 실험을 수행하기가 어렵고 많은 시간과 비용이 소요되는 단점이 있다. 이에 따라 최근 수심방향으로 완전한 운동방정식인 Navier-Stokes 방정식을 푸는 3차원 수치모형에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이론적으로 매우 우수한 모형이긴 하나 정확도 높은 결과를 얻기 위해서는 매우 조밀한 격자를 필요로 하기 때문에 아직까지 막대한 계산시간이 필요하다는 단점이 있으나 컴퓨터 기술이 급격한 속도로 발전하고 있어 Navier-Stokes 방정식 모형의 적용 가능성은 계속 높아지고 있다. 파랑변형을 다루는 수치모형실험을 수행할 때 외부조파를 사용할 경우 구조물이나 지형에 의해 반사되어 나온 파랑이 조파지점에 도달할 때 실험영역으로 재 반사되는 문제가 발생한다. 이를 해결하기 위해 내부조파기법의 개발에 대한 연구가 필수적이었으며, 자유수면변위를 변수로 사용하는 모형의 경우 그 연구가 매우 활발하게 진행되어 왔다. 한편, Navier-Stokes 방정식 모형의 경우 자유수면변위를 변수로 사용하는 2차원 모형에 비해 상대적으로 연구가 미흡하였다. 본 연구에서는 기존의 연직 2차원 Navier-Stokes 방정식 모형에 사용된 연속방정식에 질량 원천항을 추가하는 내부조파기법을 도입하여 3차원 수치모형에서 고립파를 내부조파하고, 급경사에서의 고립파의 처오름 및 처내림 현상을 수리모형 실험결과와 비교 및 분석하였다. 수치모형은 Navier-Stokes 방정식을 엇갈림 격자체계에서 계산하는 동수압 모형으로서, Two-step projection 기법을 사용하는 유한차분모형을 사용하였다. 본 수치모형은 난류의 해석을 위해서 상대적으로 큰 에디(eddy)만을 고려하는 SANS(spatially averaged Navier-Stokes) 방정식을 계산하는 LES(large-eddy-simulation) 기반의 수치모형으로, 난류 모델링을 위해 Smagorinsky LES 모형을 사용한다. 또한, 압력장의 계산을 위해 Bi-CGSTAB 기법을 이용하여 Poisson 방정식의 해를 구하였으며, 자유수면 추적을 위하여 2차 정확도의 VOF(volume-of-fluid) 기법을 사용하였다. 수치모형실험이 전체적으로 수리모형실험에서 관측한 파랑의 처오름 및 처내림 현상을 잘 재현하고 있는 것으로 나타났으며, 정량적인 비교를 통해 수치모형의 성능을 검증하였다.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2006.05a
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pp.1910-1913
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2006
To solve the interaction of incident monochromatic waves with a bottom-fixed vertical circular cylinder, a numerical analysis by boundary element method is developed using three-dimensional linear potential theory. A numerical analysis by boundary element method is based on Green's theorem and introduce to an integral equation for the fluid velocity potential around the vertical circular cylinder. These numerical results are compared with those of ManCamy and Fuchs(1954) and Williams and Mansour(2002), and it has shown good relationship with their results. This numerical analysis developed by boundary element method will be applied for various offshore structures to be constructed in coastal zones in the future.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2006.05a
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pp.1925-1930
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2006
A quasi depth-varying mathematical model for wind-generated circulation in coastal areas, expressed in terms of the depth-averaged horizontal velocity components and free surface elevation was validated and used to understand the diurnal circulation process. The wind velocity is considered as a dominant factor for driving the wind generated current. In this paper, three dimensional numerical experiments that included the land topography were used to investigate the mesoscale air flow over the coastal regions. The surface temperature of the inland was determined through the surface heat budget consideration with inclusion of a layer of vegetation. A series of numerical experiments were then carried out to investigate the diurnal response of the air flow and wind-generated circulation to various types of surface inhomogeneities.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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