Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.40
no.7
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pp.441-448
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2016
The thrust force created by a propeller depends on the incoming flow velocity and the rotational velocity of the propeller. The performance of the propeller can be described by dimensionless variables, advanced ratio, thrust coefficient, and power coefficient. This study included the application of the immersed boundary lattice Boltzmann method (IBLBM) with the stereo lithography (STL) file of the rotating object for performance analysis. The immersed boundary method included the addition of the external force term to the LB equation defined by the velocity difference between the lattice points of the propeller and the grid points in the domain. The flow by rotating a 4-blade propeller was simulated with various Reynolds numbers (Re) (including 100, 500 and 1000), with advanced ratios in the range of 0.2~1.4 to verify the suggested method. The typical tendency of the thrust efficiency of the propeller was obtained from the simulation results of different advanced ratios. It was also necessary to keep the maximum mesh size ratio of the propeller surface to a grid size below 3. Additionally, a sufficient length of the downstream region in the domain was maintained to ensure the numerical stability of the higher Re and advanced ratio flow.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.33
no.3
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pp.93-100
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2021
Since the IB (Immersed Boundary) method, which can perform coupling analysis with objects and fluids having an impermeable boundary of arbitrary shape on a fixed grid system, has been developed, the IB method in various CFD models is increasing. The representative IB methods are the directing-forcing method and the ghost cell method. The directing-forcing type method numerically satisfies the boundary condition from the fluid force calculated at the boundary surface of the structure, and the ghost-cell type method is a computational method that satisfies the boundary condition through interpolation by placing a virtual cell inside the obstacle. These IB methods have a disadvantage in that the computational algorithm is complex. In this study, the simplified immersed boundary (SIB) method enables the analysis of temporary structures on a fixed grid system and is easy to expand to three proposed dimensions. The SIB method proposed in this study is based on a one-field model for immiscible two-phase fluid that assumes that the density function of each phase moves with the center of local mass. In addition, the volume-weighted average method using the density function of the solid was applied to handle moving solid structures, and the CIP method was applied to the advection calculation to prevent numerical diffusion. To examine the analysis performance of the proposed SIB method, a numerical simulation was performed on an object falling to the free water surface. The numerical analysis result reproduced the object falling to the free water surface well.
The compacted bentonite buffer is one of the major components of an engineered barrier system (EBS) for the disposal of high-level radioactive waste (HLW), and it is considered the best candidate for the buffer material. The buffer is located between disposal canisters and near-field rock mass, and it interrupts the release of radionuclide from disposal canisters and protect them from the penetration of groundwater. At initial disposal condition, degree of saturation of the compacted bentonite buffer decreases because of high thermal quantities released from the disposal canisters. However, the degree of saturation of the compacted bentonite buffer gradually increases caused by inflow of groundwater. The saturated and unsaturated behavior of the buffer is a very important input data since it can determine the safety performance of EBS. Therefore, this paper investigated water retention capacity (WRC) for the Korean compacted bentonite buffer. The WRC of the compacted bentonite buffer was derived by measuring volumetric water content and water suction when temperature variation was between 24℃~125℃ considering decrease of degree of saturation with respect to temperature increase. The WRC was also derived with the same volumetric water content under the room temperature condition, and it showed 1~15% larger water suction than high temperature condition.
Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.4
no.4
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pp.21-31
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2001
When an oil-spilling accident occurs at sea, it is of the primary importance to predict the amount of oil leakage for the swift response and decision-making. The simplest method of oil-leakage estimation is based on the hydrostatic pressure balance between oil inside the tank and seawater outside of leakage hole, that is the so-called Torricelli equilibrium relation. However, there exists discrepancy between the reality and the Torricelli relation, since the latter is obtained from the quasi-steady treatment of Bernoulli equation ignoring viscous friction. A preliminary experiment has been performed to find out the oil-leaking speed and shape. Soy-bean oil inside the inner tank was ejected into water of the outer tank through four different leakage holes to record the amount of oil leakage. Furthermore, a CFD (Computational Fluid Dynamics) method was utilized to simulate the experimental situation. The Wavier-Stokes equations were solved for two-density flow of oil and water. VOF method was employed to capture the shape of their interface. It is found that the oil-leaking speed varies due to the frictional resistance of the leakage hole passage dependent on its aspect ratio. The Torricelli factor relating the speed predicted by using the hydrostatic balance and the real leakage speed is assessed. For the present experimental setup, Torricelli factors were in the range of 35%~55% depending on the aspect ratio of leakage holes. On the other hand, CFD results predicted that Torricelli factor could be 52% regardless of the aspect ratio of the leakage holes, when the frictional resistance of leakage hole passage was neglected.
To investigate the unsaturated characteristics of the tailings obtained from the waste dump at Imgi mine, matric suction and volumetric water content were measured in both drying and wetting processes using Automated Soil-Water Characteristics Curve Apparatus. Based on the measured result, Soil Water Characteristic Curves (SWCC) were estimated by van Genuchten model. According to the unsaturated soil classification method, the tailings of the waste dump correspond to clayey sand. As a result of Suction Stress Characteristic Curve (SSCC) by Lu and Likos model, SSCC has a shape of S which is similar to SWCC. The hysteresis phenomenon occurred in SSCCs, which means the suction stress of drying path is larger than that of wetting path in the same effective degree of saturation. The effective stress of unsaturated soil is equal to that of saturated soil when matric suction is less than Air Entry Value (AEV). However, the effective stress of unsaturated soil is larger than that of saturated soil when matic suction is more than AEV. Meanwhile, unsaturated hydraulic conductivity by van Genuchten model decreased with increasing matric suction, and the hydraulic conductivity of drying path is larger than that of wetting path.
This paper describes the observed behavior in the direct shear test on decomposed granite soil having the complicate engineering properties at various different levels of factors. The objectives of this study were to investigate the characteristics of the decomposed granite soil under controlled various moisture content, dry density, strain rate and soaking which give influence to the shear strength. The results were summarized as follows; 1. The shear strength was decreased remarkably with the increasing of moisture contents of A and B soil were 5-10% and 15-20% respectively. 2. Cohesion and angle of internal friction were decreased with the increasing of moisture content and increased with the increasing of dry density. 3. The shear strength was increased with the increasing of normal stress and volume change was decreased on the whole. The shear strength was generally increased with the increasing of the strain rate. 4. As dry density increases, A-soil shows the progressive failure and the decrease of volume change while B-soil shows the initial failure and the increase of volume change. 5. The relationships between the soaked and unsoaked specimens were as follows ; ${\tau}_f=0.1009+1.026{{\tau}_f}^*$ (A-soil), ${\tau}_f=0.1586+0.8005{{\tau}_f}^*$ (B-soil) 6. Angle of internal friction of the direct shear test shows larger value than that of the triaxial compression test. All effective stress path was nearly similar.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.11
no.1
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pp.167-176
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1991
Finite element programs are developed, adopting the hyperbolic model and the Cam-clay model. In the hyperbolic model, a new model taking into account the volume change during shear is proposed and a new technique considering the density change underneath a footing is proposed. And a computing algorithm considered as more reasonable than existing one is presented. In the Cam-clay model, the deveoloped program is applied to sand, the case not recorded much, and then it is tried to analiza the behavior of sand from the viewpoint of the critical state concept. For this, the conventional CD triaxial compression tests and the footing model tests are carried out. The results are improved by 60 percent by using the modified hyperbolic model proposed. When the Cam-clay model is applied to sand, a model reflecting the overconsolidation effects and a computing algorithm accounting for the strain softening are needed. The results obtained by using the Cam-clay model are not much influenced by the value of the initial poisson's ratio, but those of the modified hyperbolic model are much influenced by that. So th values of the initial poisson's ratio must be selected deliberately in the numerical analysis.
A plasticity model was developed to predict the behavioral characteristics of concrete in multiaxial compression. To extend the applicability of the proposed model to concrete in various stress states, a new approach for failure criteria was attempted. A stress was decomposed into one volumetric and two deviatoric components orthogonal to each other. Three failure criteria wire provided independently for each stress component. To satisfy the three failure criteria, the plasticity model using multiple failure criteria was Implemented. Each failure surface was defined by equivalent volumetric or deviatoric plastic strain. To present dilatancy due to compressive damage a non-associative flow nile was proposed. The proposed model was implemented to finite element analysis, and it was verified by comparisons with various existing test results. The comparisons show that the proposed model predicted well most of the experiments by using three independent failure criteria.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.13
no.1
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pp.161-171
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1993
The aim of this study is to provide the stress-strain behavior of hardening geological materials such as rock or concrete on three dimensional spaces by using Desai model based on plastic theory. To validate proposed model, truly triaxial tests with high pressure under variety of stress paths in which three principal stresses were controlled independently using concrete materials were performed. The main results are summerized as follows: 1. Various stress paths for hardening materials used are satisfactorily explained by performing the truly triaxial test with high pressure. This is very important to investigate constitutive equations for materials like rock or concrete. 2. Since the proposed yield function is continuous, it avoids the singularity point at the intersection of two function in the previous models, thus, reducing the difficulties for computer implementation. 3. Analytic predictions for yielding behavior on $J_1-{\sqrt{J_{2D}}}$ octahedral and triaxial plane, as well as volumetric strain and stress-strain behavior agree well with experimental results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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