Kuroiwa, Masamitsu;Abualtayef, Mazen;Takada, Tetsushi;Sief, Ahmed Khaled;Matsubara, Yuehi
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.2
no.2
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pp.68-74
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2010
The development of a numerical model using the fractional area/volume obstacle representation (FAVOR) method for predicting a nearshore current field bounded by complicated geometric shapes, and a three-dimensional (3D) beach evolution was described in this article. The 3D model was first tested against three cases to simulate the nearshore current fields around coastal structures, a river mouth, and a large scale cusp bathymetry. Then, the morphodynamic model tests, which are adopting the nearshore current model, were applied for the computations of beach evolution around a detached breakwater and two groins. It was confirmed that the presented model associated with the FAVOR method was useful to predict the nearshore current field in the vicinity of the complicated geometric shapes. Finally, the model was applied to a tombolo formation in a field site of Kunnui fishery port, which is located in Hokkaido, Japan.
In this study, the characteristics of crossing a river of Ground Armored Vehicle (GAV) were evaluated by numerical method and real size tests. 3-D hybrid mesh systems were constructed by 3-D models of the GAV, and a commercial software, FLUENT, was used in numerical analysis. In order to deal with multi-phase problem (air and water), Volume Of Fluid (VOF) method was used, and Moving and Deforming Mesh (MDM) was adapted for unsteady motion of GAV. There were two steps in this research. Firstly, stability of the GAV which cruised a river was evaluated by changing several shapes of water-proof-front-wing of the GAV in steady state, and compared results (free surface shape and drag value in 10km/h) with those of real size tests. Secondly, results of unsteady analysis considering weight and moment of inertia of the GAV were presented. There were showed a maximum velocity with a designed water jet and dynamic stability including pitch, roll, and yaw moment. Based on these results, the optimal shape of water-proof-front-wing of the GAV was determined for a proto-type of the GAV.
KIM Beom-Seok;LEE Jin-Seok;KIM Jeong-Hwan;LEE Do-Hyung;LEE Young-Ho
한국전산유체공학회:학술대회논문집
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2002.05a
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pp.140-145
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2002
The purpose of this 3-D numerical simulation is to calculate and examine a 500 kW Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT) power performance and compare to calculation data(BEM method) from Delft University. The experimental approach, which has been the main method of investigation, appears to be reaching its limits, the cost increasing relate with the size of wind turbines. Hence, the use of Computational Fluid Dynamics (CFD) techniques and Navier-Stokes Solvers are considered a very serious contender. We has used the CFD software package CFX-TASC flow as a modeling tool to predict the power performance of a wind turbine on the basis of its geometry and operating data. The wind turbine with 40m diameters rotor, it was scaled to compare with the calculation data from delft university. The HAWT, which has eight-rpm variations are investigated respectively. The pitch angle is $+0.5^{\circ}$ and wind speed is fixed at 5m/s. The tip speed ratio (TSR) of the HAWT ranging from 2.89 to 9.63.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2002.03a
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pp.177-184
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2002
Large amplitude sloshing can occur in contained fluid region due to the seismic ground motion. Also, The pressure by large amplitude sloshing damages the connections between the wall and roof of a fluid container and causes outflow of contained fluid. Therefore, to predict the dynamic behavior accurately, three dimensional analysis with the nonlinear boundary condition must be performed. In this study, the numerical solution procedure is developed using the boundary element method with the Lagrangian particle approach. In order to demonstrate the accuracy and validity of the developed method, the fluid motion for a free oscillation with small amplitude and a forced vibration are analyzed. And the numerical results are compared with the linear theory results and the previous studies with the nonlinear boundary condition.
This paper presents a high precision integration method for the dynamic response analysis of structures with holonomic constraints. A detail recursive scheme suitable for algebraic and differential equations (ADEs) which incorporates generalized forces is established. The matrix exponential involved in the scheme is calculated precisely using $2^N$ algorithm. The Taylor expansions of the nonlinear term concerned with state variables of the structure and the generalized constraint forces of the ADEs are derived and consequently, their particular integrals are obtained. The accuracy and effectiveness of the present method is demonstrated by two numerical examples, a plane truss with circular slot at its tip point and a slewing flexible cantilever beam which is currently interesting in optimal control of robot manipulators.
In this paper, the problem of static bending of axially functionally graded (AFG) nanobeam is formulated with the local stress(Lσ)- and strain-driven(εD) two-phase local/nonlocal integral models (TPNIMs). The novelty of the present study aims to compare the size-effects of nonlocal integral models on bending deflections of AFG Euler-Bernoulli nano-beams. The integral relation between strain and nonlocal stress components based on two types nonlocal integral models is transformed unitedly and equivalently into differential form with constitutive boundary conditions. Purely LσD- and εD-NIMs would lead to ill-posed mathematical formulation, and Purely εD- and LσD-nonlocal differential models (NDM) may result in inconsistent size-dependent bending responses. The general differential quadrature method is applied to obtain the numerical results for bending deflection and moment of AFG nanobeam subjected to different boundary and loading conditions. The influence of AFG index, nonlocal models, and nonlocal parameters on the bending deflections of AFG Euler-Bernoulli nanobeams is investigated numerically. A consistent softening effects can be obtained for both LσD- and εD-TPNIMs. The results from current work may provide useful guidelines for designing and optimizing AFG Euler-Bernoulli beam based nano instruments.
This study verified numerical analysis of the liquefaction phenomenon using LEAP-2017 international round-robin centrifuge test results. Dynamic centrifuge test is performed by applying a 1 Hz tapered sine wave to the model soil deposit, which was formed under a water table in a surface slope of 5° using Ottawa F-65 sand. A numerical model was made on a prototype scale and analyzed using the finite difference method in 2D and 3D conditions. The analyses were verified for acceleration and pore-water pressure histories with depth and residual displacement. Verification results revealed that all numerical liquefaction models agree reasonably with the test result for acceleration histories but not for pre-water pressure histories. Numerical analyses showed much smaller residual displacement than the centrifuge test. Thus, it is necessary to compare the results of numerical analysis with the centrifuge test performed by other institutes in the future.
The non-linear static analysis of reinforced concrete (RC) structures using the three-dimensional (3D) finite element method is a time-consuming and challenging task. Moreover, this type of analysis encounters numerical problems such as the lack of convergence of results in the stages of growth and propagation of cracks in the structure. The time integration analysis along with the mass scaling (MS) technique is usually used to overcome these limitations. Despite the use of this method in the 3D finite element analysis of RC structures, a comprehensive study has not been conducted so far to assess the effects of the MS method on the accuracy of results. This study aims to evaluate the accuracy of the MS method in the non-linear quasi-static finite element analysis of RC structures. To this aim, different types of RC structures were simulated using the finite element approach based on the implicit time integration method and the mass scaling technique. The influences of effective parameters of the MS method (i.e., the allowable values of increase in the mass of the RC structure, the relationship between the duration of the applied load and fundamental vibration period of the RC structure, and the pattern of applied loads) on the accuracy of the simulated results were investigated. The accuracy of numerical simulation results has been evaluated through comparison with existing experimental data. The results of this study show that the achievement of accurate structural responses in the implicit time integration analyses using the MS method involves the appropriate selection of the effective parameters of the MS method.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.9
no.4
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pp.404-417
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2017
The present study numerically analyzed the dynamic behavior of 3D framed structures subject to impulsive slamming forces by violent breaking waves. The structures were modeled using multiple lumped masses for the vertical projections of each member, and the slamming forces from the breaking waves were concentrated on these lumped masses. A numerical algorithm was developed to properly incorporate the slamming forces into a dynamic analysis to numerically determine the structural responses. Then, the validity of the numerical analysis was verified using the results of an existing hydraulic experiment. The numerical and experimental results for various model structures were generally in good agreement. The uncertainties concerning the properties of the breaking waves used in the verification are also discussed here.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.29
no.6
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pp.637-644
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2005
This paper describes the numerical simulation of the interaction between longitudinal vortices ("common flow up") and a 3-D turbulent boundary layer over a flat plate To analyze the common flow up Produced from vortex generators. the flow field behind the vortex generators Is modeled by the information that is available from studies on a half-delta winglet. Also. the Reynolds-averaged Navier-Stokes equation for three-dimensional turbulent flows. together with a two-layer turbulence model to resolve the near-wall flow, is solved by the method of AF-ADI. The computational results predict that the boundary layer is thinned in the regions where the secondary flow is directed toward the wall and thickened where it is directed away from the wall Also. the numerical results. such as Reynolds stresses. turbulent kinetic energy and skin friction characteristics generated from the vortex generators . are reasonably close to the experimental data.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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