Kang, Kwan-Soo;So, Jae-Kwi;Jung, Kyung-Tae;Sonu, Jung Ho
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.5
no.2
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pp.107-120
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1993
This paper presents a new modal solution of linear three-dimensional hydrodynamic equations using similarity transform technique. The governing equations are first separated into external and internal mode equations. The solution of the internal mode equation then proceeds as in previous modal models using the Galerkin method but with expansion of arbitrary basis functions. Application of similarity transform to resulting full matrix equations gives rise to a set of uncoupled partial differential equations of which the unknowns are coefficients of mode vector. Using the transform technique a computationally efficient time integration is possible. In present from the model use Chebyshev polynomials for Galerkin solution of internal mode equations. To examine model performance the model is applied to a homogeneous, rectangular basin of constant depth under steady, uniform wind field.
The present paper deals with the efficient computation of higher-order CFD methods for compressible flow using graphics processing units (GPU). The higher-order CFD methods, such as discontinuous Galerkin (DG) methods and correction procedure via reconstruction (CPR) methods, can realize arbitrary higher-order accuracy with compact stencil on unstructured mesh. However, they require much more computational costs compared to the widely used finite volume methods (FVM). Graphics processing unit, consisting of hundreds or thousands small cores, is apt to massive parallel computations of compressible flow based on the higher-order CFD methods and can reduce computational time greatly. Higher-order multi-dimensional limiting process (MLP) is applied for the robust control of numerical oscillations around shock discontinuity and implemented efficiently on GPU. The program is written and optimized in CUDA library offered from NVIDIA. The whole algorithms are implemented to guarantee accurate and efficient computations for parallel programming on shared-memory model of GPU. The extensive numerical experiments validates that the GPU successfully accelerates computing compressible flow using higher-order method.
The finite element method is usually formulated by utilizing the variation principle. In this paper, we introduce the approximate equation of finite element from Helmholtz eqation by means of the Galerkin method, which provides the best approximation of those methods known as the method of weighted residuals, and a numerical simulation based of the finite element method is applied to analysing the acoustic modes and the pattern of sound radiation in two and three dimensional sound fields. Beside the numerical calculations, the acoustic modes and the sound pressure level are mesured by scale model experiments. The finite element analysis of the model shows very good agreement with the mesured results.
Degradation of reinforced concrete (RC) structures due to chloride penetration followed by reinforcement corrosion has been a serious problem in civil engineering for many years. The numerical simulation methods at present are mainly finite element method (FEM) and finite difference method (FDM), which are based on mesh. Mesh generation in engineering takes a long time. In the present article, the numerical solution of chloride transport in concrete is analyzed using radial point interpolation method (RPIM) and element-free Galerkin (EFG). They are all meshless methods. RPIM utilizes radial polynomial basis, whereas EFG uses the moving least-square approximation. A Galerkin weak form on global is used to attain the discrete equation, and four different numerical examples are presented. MQ function and appropriate parameters have been proposed in RPIM. Numerical simulation results are compared with those obtained from the finite element method (FEM) and analytical solutions. Two case of chloride transport in full saturated and unsaturated concrete are analyzed to test the practical applicability and performance of the RPIM and EFG. A good agreement is obtained among RPIM, EFG, and the experimental data. It indicates that RPIM and EFG are reliable meshless methods for prediction of chloride concentration in concrete structures.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.9
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pp.1091-1097
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2011
The SGBEM-FEM alternating method has been known to be a very effective method for analyzing threedimensional cracks in a finite body. The accurate values of the stress intensity factor can be obtained for a general planar or nonplanar three-dimensional crack. In the existing method, eight-noded quadrilateral boundary elements are used to model a crack. In some cases, three-node triangle boundary elements are more convenient for the modeling of a crack with a general shape. In this study, a crack is modeled with three-noded triangular and seven-noded quadrilateral elements by using the advancing-front mesh generation method. The stress intensity factors are obtained for cracks with several shapes and the accuracy of results is examined.
The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.23
no.3
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pp.77-82
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2023
In this paper, TM(tranverse magnetic) electromagnetic scattering problems for resitive strip grating between grounded double dielectric layers are analyzed by using the FGMM(fourier galerkin moment method) and PMM(point matching method) known as a numerical method of electromagnetic field. The boundary conditions are applied to obtain the unknown field coefficients, the resistive boundary condition is applied to analysis of resistive strip. Overall, when the unoform resistivity decreased, the magnitude of the current density induced in the resistive strip increased, and the reflected power also increased. Also, as the thickness and relative permittivity of the double dielectric layers increased, the overall reflected power increased. The numerical results obtained by using the numerical methods of FGMM and PMM to the structure proposed in this paper agree very well.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.34
no.5
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pp.1383-1393
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2014
Recently, with rapid improvement in computer hardware and theoretical development in the field of computational fluid dynamics, high-order accurate schemes also have been applied in the realm of computational hydraulics. In this study, numerical solutions of 1D shallow water equations are presented with TVD Runge-Kutta discontinuous Galerkin (RKDG) finite element method. The transcritical flows such as dam-break flows due to instant dam failure and transcritical flow with bottom elevation change were studied. As a formulation of approximate Riemann solver, the local Lax-Friedrichs (LLF), Roe, HLL flux schemes were employed and MUSCL slope limiter was used to eliminate unnecessary numerical oscillations. The developed model was applied to 1D dam break and transcritical flow. The results were compared to the exact solutions and experimental data.
Finite element simulations of solid mechanics problems often involve the use of Non-Confirming Meshes (NCM) to increase accuracy in capturing nonlinear behavior, including damage and plasticity, in part of a solid domain without an undue increase in computational costs. In the presence of material nonlinearity and plasticity, higher-order variables are often needed to capture nonlinear behavior and material history on non-conforming interfaces. The most popular formulations for coupling non-conforming meshes are dual methods that involve the interpolation of a traction field on the interface. These methods are subject to the Ladyzhenskaya-Babuska-Brezzi (LBB) stability condition, and are therefore limited in their implementation with the higher-order elements needed to capture nonlinear material behavior. Alternatively, the enriched discontinuous Galerkin approach (EDGA) (Haikal and Hjelmstad 2010) is a primal method that provides higher order kinematic fields on the interface, and in which interface tractions are computed from local finite element estimates, therefore facilitating its implementation with nonlinear material models. The inclusion of higher-order interface variables, however, presents the issue of preserving material history at integration points when a increase in integration order is needed. In this study, the enriched discontinuous Galerkin approach (EDGA) is extended to the case of small-deformation plasticity. An interface-driven Gauss-Kronrod integration rule is proposed to enable adaptive enrichment on the interface while preserving history-dependent material data at existing integration points. The method is implemented using classical J2 plasticity theory as well as the pressure-dependent Drucker-Prager material model. We show that an efficient treatment of interface variables can improve algorithmic performance and provide a consistent approach for coupling non-conforming meshes in inelasticity.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.30
no.2B
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pp.199-209
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2010
A finite element model for analyzing surface water flow was developed. Shallow water equation was discretized and solved by Galerkin and Newton-Raphson method. Triangular or rectangular elements can be mixed together to construct meshes. The algebraic equation was solved by frontal method which is very efficient in finite element problem. The developed model was applied to rectangular meandering channel with two bends and transverse velocities and water depth distributions were examined. High velocity was located near the inner bank at the apexes of the bends and velocity distribution was symmetrical about the centerline at the midsection of two bend and super elevation also occurred. Simulation results showed very good agreement with measured data. Another numerical simulation was carried out in mild, steep, adverse and abrupt bottom change slope and channels with weir. 12 water surface profiles of gradually varied flow were correct in terms of hydraulic interpretation.
High-order harmonic techniques can be used to recreate neutron flux distributions in reactor cores using the neutron diffusion equation. However, traditional source iteration and source correction iteration techniques have sluggish convergence rates and protracted calculation periods. The correctness of the implicitly restarted Arnoldi method (IRAM) in resolving the eigenvalue problems of the one-dimensional and two-dimensional neutron diffusion equations was confirmed by computing the benchmark problems SLAB_1D_1G and two-dimensional steady-state TWIGL using IRAM. By integrating Galerkin projection with Proper Orthogonal Decomposition (POD) techniques, a POD-Galerkin reduced-order model was developed and the IRAM model was used as the full-order model. For 14 macroscopic cross-section values, the TWIGL benchmark problem was perturbed within a 20% range. We extracted 100 sample points using the Latin hypercube sampling method, and 70% of the samples were used as the testing set to assess the performance of the reduced-order model The remaining 30% were utilized as the training set to develop the reduced-order model, which was employed to rebuild the TWIGL benchmark problem. The reduced-order model demonstrates good flexibility and can efficiently and accurately forecast the effective multiplication factor and neutron flux distribution in the core. The reduced-order model predicts keff and neutron flux distribution with a high degree of agreement compared to the full-order model. Additionally, the reduced-order model's computation time is only 10.18% of that required by the full-order model.The neutron flux distribution of the steady-state TWIGL benchmark was recreated using the reduced-order model. The obtained results indicate that the reduced-order model can accurately predict the keff and neutron flux distribution of the steady-state TWIGL benchmark.Overall, the proposed technique not only has the potential to accurately project neutron flux distributions in transient settings, but is also relevant for reconstructing neutron flux distributions in steady-state conditions; thus, its applicability is bound to increase in the future.
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