Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.20
no.6
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pp.751-759
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2007
We have developed several methods for the optimization problem having large-scale and highly nonlinear system. First, step by step method in optimization process was employed to improve the convergence. In addition, techniques of furnishing good initial guesses for analysis using sensitivity information acquired from optimization iteration, and of manipulating analysis/optimization convergency criterion motivated from simultaneous technique were used. We applied them to flow control problem and verified their efficiency and robustness. However, they are based on quasi-Newton method that approximate the Hessian matrix using exact first derivatives. However solution of the Navier-Stokes equations are very cost, so we want to improve the efficiency of the optimization algorithm as much as possible. Thus we develop a true Newton method that uses exact Hessian matrix. And we apply that to the three-dimensional problem of flow around a sphere. This problem is certainly intractable with existing methods for optimal flow control. However, we can attack such problems with the methods that we developed previously and true Newton method.
Using a multiproduct translog cost function model, this paper examines the existence or absence of scale and scope economies in Seoul's urban bus industry. The Paper then conceptualizes that the bus firm produces three outputs (city, seat and local bus-kilometers) using low input factors(labor, capital, fuel and maintenance). Using 1996 annual observations for 81 Seoul's bus firms, the equation system consisting of a cost function and three input share equations is estimated with the nonlinear iterative Zellner method. The findings show that the cost function corresponding to a non-homothetic production technology with separability between local bus outputs and inputs adequately represents the structure of cost for Seoul's bus firms, and that the demand lot all input factors is quite inelastic with respect to their own price. On the other hand, nearly all firms experience mild overall economies or scale, but rather marked product-specific economies of scale with respect to all the three outputs. In addition, there appear to be substantial economies or scope associated with the joint production of city and seat bus services, while considerable diseconomies of scope associated with that of city and local bus services. These results indicate that the merger of smaller firms into larger firms with a fleet of approximately 200 buses would result in more cost-efficient bus services.
Lee, Jun Hyeong;Bae, Ju Hyun;An, Sung Wook;Lee, Kwang Ho;Kim, Do Sam
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.31
no.3
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pp.180-198
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2019
In recent years, countries like Europe and Japan have been involved in many researches on the Low-Crested Structure (LCS) which is the method to protect beach erosion and it is regarded as an alternative to the submerged breakwaters, and compiled its results and released the design manual. In the past, studies on LCS have focused on two-dimensional wave transmission and calculating required weight of armor units, and these were mainly examined and discussed based on experiments. In this study, three-dimensional numerical analysis is performed on permeable LCS. The open-source CFD code olaFlow based on the Navier-Stokes momentum equations is applied to the numerical analysis, which is a strongly nonlinear analysis method that enables breaking and turbulence analysis. As a result, the distribution characteristics of the LCS such as water level, water flow, and turbulent kinetic energy were examined and discussed, then they were carefully compared and examined in the case of submerged breakwaters. The study results indicate that there is a difference between the flow patterns of longshore current near the shoreline, the spatial distribution of longshore and on-offshore directions of mean turbulent kinetic energy in case of submerged breakwaters and LCS. It is predicted that the difference in these results leads to the difference in sand movement.
Duncan & Chang(1970) proposed the Duncan-Chang model that a linear relation of transformed stress-strain plots was reconstituted from a nonlinear relation of stress-strain curve of triaxial compression test using hyperbolic theory so as to estimate an initial tangent modulus and ultimate deviator stress for the soil specimen. Although the transformed stress-strain plots show a linear relationship theoretically, they actually show a nonlinearity at both low and high values of strain of the test. This phenomenon indicates that the stress-strain curve is not a complete form of a hyperbola. So, if linear regression analyses for the transformed stress-strain plot are performed over a full range of strain of a test, error in the estimation of their linear equations is unavoidable depending on ranges of strain with non-linearity. In order to reduce such an error, a modified regression analysis method is proposed in this study, in which linear regression analyses for transformed stress-strain plots are performed over the entire range of strain except the range the non-linearity is shown around starting and ending of the test, and then the initial tangent modulus and ultimate deviator stresses are calculated. Isotropically consolidated-drained triaxial compression tests were performed on compacted weathered soil with a modified Proctor density to obtain their model parameters. The modified regression analyses for transformed stress-strain plots were performed and analyzed results are compared with results estimated by 2 points method (Duncan et al., 1980). As a result of analyses, initial tangent moduli are about 4.0% higher and ultimate deviator stresses are about 2.9% lower than those values estimated by Duncan's 2 points method.
Flood disasters have been recently increasing worldwide due to climate change and extreme weather events. Since flood damage recovery has been conducted as a common coping strategy to flood disasters in the Republic of Korea, it is necessary to predict the regional flood damage costs by rainfall characteristics for a preventative measure to flood damage. Therefore, the purpose of this study is to present the regression functions for human and economic flood damage assessments for the 7 metropolises in the Republic of Korea. A comprehensive regression analysis was performed through the total 48 simple regression models on the two types of flood damage records for human and economic costs over the past two decades from 1998 to 2017 using the four kinds of nonlinear equations with each of the six rainfall variables. The damage assessment functions for each metropolis were finally selected by the evaluation of the regression results with the coefficient of determination and the statistical significance test, and then used for the human and economic flood damage assessments for 100-year rainfall in the 7 metropolises. The results of this study are expected to provide the basic information on flood damage cost assessments for flood damage mitigation measures.
Since the generalized Hoek-Brown criterion (GHB) provides an efficient way of identifying its strength parameter values with the consideration of in-situ rock mass condition via Geological Strength Index (GSI), this criterion is recognized as one of the standard rock mass failure criteria in rock mechanics community. However, the nonlinear form of the GHB criterion makes its mathematical treatment inconvenient and limits the scope of its application. As an effort to overcome this disadvantage of the GHB criterion, the explicit approximate analytical equations for the minimum principal stress, which is associated with the maximum principal stress at failure, are formulated based on the Taylor polynomial approximation of the original GHB criterion. The accuracy of the derived approximate formula for the minimum principal stress is verified by comparing the resulting approximate minimum principal stress with the numerically calculated exact values. To provide an application example of the approximate formulation, the equivalent friction angle and cohesion for the expected plastic zone around a circular tunnel in a GHB rock mass are calculated by incorporating the formula for the approximate minimum principal stress. It is found that the simultaneous consideration of the values of mi, GSI and far-field stress is important for the accurate calculation of equivalent Mohr-Coulomb parameter values of the plastic zone.
The successful performance of any numerical geotechnical simulation depends on the accuracy and efficiency of the numerical implementation of constitutive model used to simulate the stress-strain (constitutive) response of the soil. The corner stone of the numerical implementation of constitutive models is the numerical integration of the incremental form of soil-plasticity constitutive equations over a discrete sequence of time steps. In this paper a well known two-surface soil plasticity model is implemented using a generalized implicit return mapping algorithm to arbitrary convex yield surfaces referred to as the Closest-Point-Projection method (CPPM). The two-surface model describes the nonlinear behavior of coarse-grained materials by incorporating a bounding surface concept together with isotropic and kinematic hardening as well as fabric formulation to account for the effect of fabric formation on the unloading response. In the course of investigating the performance of the CPPM integration method, it is proven that the algorithm is an accurate, robust, and efficient integration technique useful in finite element contexts. It is also shown that the algorithm produces a consistent tangent operator $\frac{d\sigma}{d\varepsilon}$ during the iterative process with quadratic convergence rate of the global iteration process.
Lee, Kwang Ho;Kim, Chang Hoon;Kim, Do Sam;Hwang, Young Tae
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.29
no.5B
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pp.473-482
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2009
This study numerically discusses wave forces acting on a vertical wall such as breakwaters or revetments, subjected to incident undular or turbulent bores. Due to the complex hydrodynamics of bore, its wave forces have been predicted, mainly through laboratory experiments. Numerical simulations in this paper were carried out by CADMAS-SURF(CDIT, 2001), which is based on Navier-Stokes momentum equations and VOF method (Hirt and Nichols, 1981) for tracking free water surface. Its original source code was also partly revised to generate bore in the numerical water channel. Numerical raw data computed by CADMAS-SURF included great strong spike phenomena that show the abrupt jumps of wave loads. To resolve this undesired noise of raw data, the band-pass filter with the frequency of 5Hz was utilized. The filtered results showed reasonable agreements with the experimental results performed by Matsutomi (1991) and Ramsden (1996). It was confirmed that CADMASSURF can be applied to the design of coastal structures against tsunami bores. In addition, the transformation process and propagation speed of bores in the same 2-d water channel were discussed by the variations of water level for time and space. The numerical results indicated that the propagation speed of bore was changed due to the nonlinear interactions between negative and reflected waves.
Using a Rheometrics Fluids Spectrometer(RFS II), the steady shear flow and the small-amplitude dynamic viscoelastic properties of three kinds of semi-solid food materials(mayonnaise, tomato ketchup, and wasabi) have been measured over a wide range of shear rates and angular frequencies. The shear rate dependence of steady flow behavior and the angular frequency dependence of dynamic viscoelastic behavior were reported from the experimentally measured data. In addition, some viscoplastic flow models with a yield stress term were employed to make a quantitative evaluation of the steady flow behavior, and the applicability of these models was also examined in detail. Furthermore, the correlations between steady shear flow(nonlinear behavior) and dynamic viscoelastic(linear behavior)properties were discussed using the modified power-law flow equations. Main results obtained from this study can be summarized as follows : (1) Semi-solid food materials are regarded as viscoplastic fluids having a finite magnitude of yield stress, and their flow behavior shows shear-thinning characteristics, exhibiting a decrease in steady flow viscosity with increasing shear rate. (2) The Herschel-Bulkley, Mizrahi-Berk, and Heinz-Casson models are all applicable to describe the steady flow behavior of semi-solid food materials. Among these models, the Heinz-Casson model has the best validity. (3) Semi-solid food materials show a stronger shear-thinning behavior at shear rate region higher than a critical shear rate where a more progressive structure breakdown takes place. (4) Both the storage and loss moduli are increased with increasing angular frequency, but they have a slight dependence on angular frequency. The elastic behavior is dominant to the viscous behavior over a wide range of angular frequencies. (5) All of the steady flow, dynamic, and complex viscosities are well satisfied with the power-law model behavior. The relationships between steady shear flow and dynamic viscoelastic properties can well be described by the modified forms of the power-law flow equations.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.12
no.3
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pp.65-79
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1992
This study is concerned with the optimal design of two hinged steel arches with I cross sectional type and aimed at the exact analysis of the arches and the safe and economic design of structure. The analyzing method of arches which introduces the finite difference method considering the displacements of structure in analyzing process is used to eliminate the error of analysis and to determine the sectional force of structure. The optimizing problems of arches formulate with the objective functions and the constraints which take the sectional dimensions(B, D, $t_f$, $t_w$) as the design variables. The object functions are formulated as the total weight of arch and the constraints are derived by using the criteria with respect to the working stress, the minimum dimension of flange and web based on the part of steel bridge in the Korea standard code of road bridge and including the economic depth constraint of the I sectional type, the upper limit dimension of the depth of web and the lower limit dimension of the breadth of flange. The SUMT method using the modified Newton Raphson direction method is introduced to solve the formulated nonlinear programming problems which developed in this study and tested out throught the numerical examples. The developed optimal design programming of arch is tested out and examined throught the numerical examples for the various arches. And their results are compared and analyzed to examine the possibility of optimization, the applicablity, the convergency of this algorithm and with the results of numerical examples using the reference(30). The correlative equations between the optimal sectional areas and inertia moments are introduced from the various numerical optimal design results in this study.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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