Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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v.20
no.3
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pp.243-259
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2016
The Richards equation for water movement in unsaturated soil is highly nonlinear partial differential equations which are not solvable analytically unless unrealistic and oversimplifying assumptions are made regarding the attributes, dynamics, and properties of the physical systems. Therefore, conventionally, numerical solutions are the only feasible procedures to model flow in partially saturated porous media. The standard Finite element numerical technique is usually coupled with an Euler time discretizations scheme. Except for the fully explicit forward method, any other Euler time-marching algorithm generates nonlinear algebraic equations which should be solved using iterative procedures such as Newton and Picard iterations. In this study, lumped mass and distributed mass in the frame of Picard and Newton iterative techniques were evaluated to determine the most efficient method to solve the Richards equation with finite element model. The accuracy and computational efficiency of the scheme and of the Picard and Newton models are assessed for three test problems simulating one-dimensional flow processes in unsaturated porous media. Results demonstrated that, the conventional mass distributed finite element method suffers from numerical oscillations at the wetting front, especially for very dry initial conditions. Even though small mesh sizes are applied for all the test problems, it is shown that the traditional mass-distributed scheme can still generate an incorrect response due to the highly nonlinear properties of water flow in unsaturated soil and cause numerical oscillation. On the other hand, non oscillatory solutions are obtained and non-physics solutions for these problems are evaded by using the mass-lumped finite element method.
In recent years, various studies have been conducted on oscillating-water-column-type wave energy converters (OWC-WECs) with multiple chambers with the objective of efficiently utilizing the limited space of offshore/onshore structures. In this study, a numerical investigation based on a numerical wave tank was conducted on single, dual, and triple OWC chambers to examine the hydrodynamic performances and the energy conversion characteristics of the multiple water columns. The boundary value problem with the Laplace equation was solved by using a numerical wave tank based on a finite element method. The validity of the current numerical method was confirmed by comparing it with the measured data in the previous experimental research. We undertook a series of numerical simulations and observed that the water column motion of sloshing mode in a single chamber can be changed into the piston motion of different phases in multiple OWC chambers. Therefore, the piston motion in the multiple chambers can generate considerable airflow at a specific resonant frequency. In addition, the division of the OWC chamber results in a reduction of the time-dependent variability of the final output power from the device. As a result, the application of the multiple chambers leads to an increase of the energy conversion performance as well as a decrease of the variability of the wave energy converter.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.7
no.3
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pp.189-196
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1991
In recent years spectral methods have been found to be a powerful tool for the numerical solution of hynamic differential equations. The main attraction of spectral method is accuracy even though it is generally difficult to implement and solve the complex problems using spectral method. We introduced diffusion equations describing the state of air pollution and solved by pseutospectral method in dimensionless form. The results were compared with both those of other numerical methods and analytical solutions. Comparing with finite difference method and finite element method, spectral method shows the highest accuracy for one dimension problem in this study. Also, the results of two dimensional diffusion problems show good agreement with analytical solutions.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.23
no.8
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pp.698-706
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2013
Structural vibration induced by excitation forces under turbulent boundary layer is investigated in terms of the numerical analysis in this paper. Since the responses of structures excited by the wall pressure fluctuation(WPF) are described by the power spectral density functions, they are calculated and reviewed theoretically for finite and infinite length beams. For the use of numerical approaches, the WPF needs to be discretized but conventional finite element method is not much effective for that purpose because the WPF lose the spatial correlation characteristics. As an alternative numerical technique for WPF modelling, a wavenumber domain finite element approach, called waveguide finite element method, is examined here for infinite length beams. From the comparison between the numerical and theoretical results, it was confirmed that the WFE method can effectively and easily cope with the excitation from WPF and hence the suitable approach.
To analyze the behavior of multiple bolted connection with analytical method, there was a major problem in terms of the number of bolt as two. Multiple bolted connection is wrong in other way, that is impossible to analyze the behavior of connection with various types. So the numerical analysis model was developed to analyze the behavior of connection with various types, and to overcome the limitation of number of bolt. The optimum values for analysis the behavior of multiple bolted connection with numerical methods were obtained as, r=0.35, Kx=137.5, and Ky=257.4. The numerical analysis method was developed in this study showed high efficiency for the existing methods in the behavior analysis of connection.
Seo, Jang-Won;Lee, Hyang-Beom;Yoon, Man-Sik;Lim, Eui-Soo;Chung, Tae-Eon
Proceedings of the KIEE Conference
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2001.07b
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pp.748-750
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2001
This paper describes numerical analysis of eddy current testing for tube with axi-symmetric defect using boundary element method. In this ECT(Eddy Current Testing) numerical analysis. BEM and FEM are used to compare their characteristics and results of ECT, respectively BEM is easier than FEM to design geometrically complex domain because in case of BEM, domain is divided into segments or elements, but in case of FEM, domain is divided into small finite triangular or quadrilateral elements. For this reason asymmetry defect is used for this BE numerical analysis. As a result, the similar result can be obtained through both numerical analyses, and BEM can be applied to the numerical analysis of ECT.
A new numerical model based on the spline finite strip method is presented here for the analysis of buckling of built-up columns with and without end stay plates. The channels are modelled with spline finite strips while the connecting elements are represented by a 3D beam finite element, for which the stiffness matrix is modified in order to ensure complete compatibility with the strips. This numerical model has the advantage to give all possible failure modes of built-up columns for different boundary conditions. The end stay plates are also taken into account in this method. To validate the model a comparative study was carried out. First, a general procedure was chosen and adopted. For each numerical analysis, the lowest buckling loads and modes were calculated. The basic or "pure" buckling modes were identified and their critical loads were compared with solutions obtained using analytical methods and/or other numerical methods. The results showed that the proposed numerical model can be used in practice to study the elastic buckling of built-up columns. This model is considered accurate and efficient for the local buckling of short columns and global buckling for slender columns.
It is difficult to control differential settlement and long-term settlement on soft ground with the template used in the pre-filing method of offshore wind power. In this study, the template adopted a suction foundation with high utility on soft ground. To analyze the penetration performance of the doughnut-type suction foundation, step-by-step numerical analysis was applied by calculating the minimum suction pressure needed for ground penetration at that depth. Scale model tests were performed and compared with the numerical analysis results. The ratio of the inside diameter compared to the outside diameter is higher, and penetration by suction was more advantageous than push-in load penetration. The step-by-step numerical analysis method showed an error within 2 % compared to the model tests, so the numerical analysis method confirmed results that the penetration performance of the doughnut-type suction foundation is valid.
To develop the efficient numerical optimization method for the design of an airfoil, an evaluation of various methods coupled with two-dimensional Naviev-Stokes analysis is presented. Simplex method and Hook-Jeeves method we used as direct search methods, and steepest descent method, conjugate gradient method and DFP method are used as indirect search methods and are tested to determine the search direction. To determine the moving distance, the golden section method and cubic interpolation method are tested. The finite volume method is used to discretize two-dimensional Navier-Stokes equations, and SIMPLEC algorithm is used for a velocity-pressure correction method. For the optimal design of two-dimensional airfoil, maximum thickness, maximum ordinate of camber line and chordwise position of maximum ordinate are chosen as design variables, and the ratio of drag coefficient to lift coefficient is selected as an objective function. From the results, it is found that conjugate gradient method and cubic interpolation method are the most efficient for the determination of search direction and the moving distance, respectively.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.21
no.6
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pp.617-627
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2021
In this study, a numerical analysis using a three-dimensional numerical simulation was performed to assess the applicability of foundation reinforcing method using load transfer apparatus which can be used in the remodeling of deteriorated structures. The numerical model was validated through comparison with the real scale experimental results, and then a parametric study was performed to investigate the effect of friction coefficient of load transfer apparatus and axial stiffness of pile on the performance of foundation reinforcing method. It was confirmed that the foundation reinforcing method considered in this study can efficiently control the load applied to an existing foundation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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