The smoothed particle hydrodynamics (SPH) method is applied to construct the dispersion of fluctuations in quasi-hydrostatic configuration of an isothermal self-gravitating slab. The uncertainty of the implementation is evaluated, and a novel technique (acceleration error) is proposed to weaken this uncertainty. The two-fluid quasi-hydrostatic diffusion of small fluctuations is used to support the importance of the acceleration error. The results show that the uncertainty converges to a few percent by increasing of the SPH particle numbers. Considering the acceleration error weakens the uncertainty, and prohibits the serious dynamical consequences in slow dispersion of fluctuation in the quasi-hydrostatic evolution of the slab.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.28
no.1
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pp.168-174
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2022
In a wave power generation system, the overtopping system is known as an overtopping wave energy converter (OWEC). The performance of an OWEC is affected by wave characteristics such as height and period because its power generation system is sensitive to those characteristics; these, as well as wave direction, depend on the sea. As these characteristics vary, it is hard for the OWEC to produce power in a stable manner. Therefore, it is necessary to find an appropriate shape for an OWEC, according to the characteristics of the sea it is in. This research verified the effect of the design of the OWEC ramp on the hydraulic efficiency using the smoothed particle hydrodynamics (SPH) particle method. A total of 10 models were designed and used in simulations performed by selecting the design parameters of the ramp and changing the attack angle based on those parameters. The hydraulic efficiency was calculated based on the rate of discharged water obtained from the analysis result. The effect of each variable on the overtopping performance according to the shape of the ramp was then confirmed. In this study, we present suggestions for determining the direction for an appropriately shaped OWEC ramp, based on a specific sea area.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.41
no.11
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pp.1065-1075
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2017
In this study, high velocity impact tests along with modeling of material behavior and numerical analyses were conducted to predict the dispersion behavior of the debris resulting from a high velocity impact fracture. For the impact tests, two different materials were employed for both the projectile and the target plate - the first setup employed aluminum alloy while the second employed steel. The projectile impacts the target plate with a velocity of approximately 1 km/s were enforced to generate the impact damages in the aluminum witness plate through the fracture debris. It was confirmed that, depending on the material employed, the debris dispersion behavior as well as the dispersion radii on the witness plate varied. A numerical analysis was conducted for the same impact test conditions. The smoothed particle hydrodynamics (SPH)-finite element (FE) coupled technique was then applied to model the fracture and damage upon the debris. The experimental and numerical results for the diameters of the perforation holes in the target plate and the debris dispersion radii on the witness plate were in agreement within a 5% error. In addition, the impact test using steel was found to be more threatening as proven by the larger debris dispersion radius.
The existence of different thermodynamic properties results in various undesirable effects, such as thermal deformation and residual stress, in heat-welding processes. The solid-state junction, by using explosive or electromagnetic forces, i.e., high-velocity impact welding without employing heat is advantageous in joining materials with different thermodynamic properties. In the solid-state junction, the joining is performed within a short time, a high velocity and large deformations are accompanied by interfacial surfaces. The numerical analysis models play an important role in the understanding of the mechanism of high-velocity impact welding. However, in the analysis of high velocity and large deformations, the conventional Lagrangian method has low reliability due to the occurrence of entanglements. In this study, high-velocity impact welding between Cu and CP-Ti with different thermodynamic properties was performed using a un-gridded numerical method, SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics), and interfacial morphology occurred. As a result of the analysis, the interfacial morphology was confirmed and the compared degree of shape (straight, vortex), period, length, and so on appeared differently depending on the relationship between the parameters (impact angle and speed).
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.34
no.1
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pp.59-69
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2021
Recently, large-scale offshore and coastal structures have been constructed owing to the increasing interest in eco-friendly energy development. To achieve this, precise simulations of waves are necessary to ensure the safe operations of marine structures. Several experiments are required in the field to understand the offshore wave; however, in terms of scale, it is difficult to control variables, and the cost is significant. In this study, numerical waves under various wave conditions are produced using a piston-type wavemaker, and the produced wave profiles are verified by comparing with the results from a numerical wave tank (NWT) modeled using the smoothed particle hydrodynamics (SPH) method and theoretical equations. To minimize the effect by the reflected wave, a mass-weighted damping zone is set at the right end of the NWT, and therefore, stable and uniform waves are simulated. The waves are generated using the linear and Stokes wave theories, and it is observed that the numerical wave profiles calculated by the Stokes wave theory yield high accuracy. When the relative depth is smaller than two, the results show good agreement irrespective of the wave steepness. However, when the relative depth and wave steepness are larger than 2 and 0.04, respectively, the errors are negligible if the measurement position is close to the excitation plate. However, the error is 10% or larger if the measurement position is away from the excitation location. Applicable target wave ranges are confirmed through various case studies.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.5B
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pp.547-558
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2008
With the advent of super cargo ship due to the explosive increase in the amount of cargo shipped via seas, some mega ports are under construction in South Korea, to accommodate the super cargo ship, and some of them already enter their final phase. To sustain the harbor tranquility, mega ports usually comprise huge vertical type breakwaters which are intrinsically vulnerable to the attack of long waves. In this rationale, we present the chamber type breakwater with a circular curtain wall - Eco-breaker 2, to alleviate the reflection of long waves and numerically investigate the hydraulic characteristics of Eco-breaker 2. As a wave driver, we use the Navier-Stokes eq., the most robust wave driver, using SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics) and LES (Large Eddy Simulation). For the verification of numerical results, we also carried out hydraulic model test. It is shown that Eco-breaker 2 can effectively alleviate the reflection of long waves with its inherited large organized eddies encompassing the water chamber and some region off the curtain wall of varying size. It is also shown that the scope and strength of large organized eddies strongly depends on the incident wave period, and the reflection coefficient can be lowered to 0.18 by tuning the size of water chamber such that resident time at the chamber is just short of the half period of incident waves. Based on these results, we present the specification of Eco-breaker 2 to boost its use on the development of water environment friendly harbor worldwide.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.5B
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pp.559-573
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2008
In this study, we newly proposed 3-D nonlinear wave driver utilizing the Navier-Stokes Eq. the numerical integration of which is carried out using SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics), an internal wave generation with the source function of Gaussian distribution and an energy absorbing layer. For the verification of new 3-D nonlinear wave driver, we numerically simulate the sloshing problem within a parabolic water basin triggered by a Gaussian hump and uniformly inclined water surface by Thacker (1981). It turns out that the qualitative behavior of sloshing caused by relaxing the external force which makes a free surface convex or uniformly inclined is successfully simulated even though phase error is visible and an inundation height shrinks as numerical simulation more proceeds. For the more severe test, we also simulate the nonlinear shoaling and refraction over uniform beach of wedge shape. It is shown that numerically simulated waves are less refracted than the linear counterpart by Hamiltonian ray theory due to nonlinearity, energy dissipation at the bottom and side walls, energy loss induced by breaking, and the hydraulic jump occurring when breaking waves encounter a down-rush by the preceding wave.
Damage by high-speed impact fracture is a dominant mode of failure in several applications of concrete structures. Numerical modelling can play a crucial role in understanding and predicting complex fracture processes. The commonly used mesh-based Finite Element Method has difficulties in accurately modelling the high deformation and disintegration associated with fracture, as this often distorts the mesh. Even with careful re-meshing FEM often fails to handle extreme deformations and results in poor accuracy. Moreover, simulating the mechanism of fragmentation requires detachment of elements along their boundaries, and this needs a fine mesh to allow the natural propagation of damage/cracks. Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) is an alternative particle based (mesh-less) Lagrangian method that is particularly suitable for analysing fracture because of its capability to model large deformation and to track free surfaces generated due to fracturing. Here we demonstrate the capabilities of SPH for predicting brittle fracture by studying a slender concrete structure (column) under the impact of a high-speed projectile. To explore the effect of the projectile material behaviour on the fracture process, the projectile is assumed to be either perfectly-elastic or elastoplastic in two separate cases. The transient stress field and the resulting evolution of damage under impact are investigated. The nature of the collision and the constitutive behaviour are found to considerably affect the fracture process for the structure including the crack propagation rates, and the size and motion of the fragments. The progress of fracture is tracked by measuring the average damage level of the structure and the extent of energy dissipation, which depend strongly on the type of collision. The effect of fracture property (failure strain) of the concrete due to its various compositions is found to have a profound effect on the damage and fragmentation pattern of the structure.
Kim, Sun-Tae;Lee, Jeong-Hyun;Kim, Dae-yeong;Park, Yeong-Su;Jang, Seong-Ho;Hong, Jeong-Mo
Journal of the Korea Computer Graphics Society
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v.18
no.3
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pp.17-27
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2012
In this paper, we describe a case study of the film 'Sector 7' which was produced by technologies applied fluid simulation. For the CG scenes in the movie which include highly detailed fluid motions, we used smoothed particle hydrodynamics(SPH) technique to express subtle movements of seawater from a crashed huge tank, and used hybrid simulation method of particles and levelsets to describe bursting water from a submarine's broken canopy. We also used detonation shock dynamics(DSD) technique for detailed flame simulations to produce a burning monster, the film"s main character. At this point, the divergence-free vortex particle method was applied to conserve the incompressible property of fluids. In addition, we used an upsampling method to achieve more efficient video production. Consequently, we could produce the high-quality visual effects by using the domestic technologies.
Journal of the Korea Society of Computer and Information
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v.29
no.6
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pp.23-29
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2024
In this paper, we propose a fast GPU-based method for representing pore flow, absorption, emission, and diffusion effects represented by cloth-liquid interactions using smoothed particle hydrodynamics (SPH), a particle-based fluid solver: 1) a unified framework for GPU-based representation of various physical effects represented by cloth-liquid interactions; 2) a method for efficiently calculating the saturation of a node based on SPH and transferring it to the surrounding porous particles; 3) a method for improving the stability based on Darcy's law to reliably calculate the direction of fluid absorption and release; 4) a method for controlling the amount of fluid absorbed by the porous particles according to the direction of flow; and finally, 5) a method for releasing the SPH particles without exceeding their maximum mass. The main advantage of the proposed method is that all computations are computed and run on the GPU, allowing us to quickly model porous materials, porous flows, absorption, reflection, diffusion, etc. represented by the interaction of cloth and fluid.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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