This paper reports on the results of a parametric study, which examines the effects of varying aspect ratios on the dynamic response of cylindrical silos directly supported on the ground under earthquake loading. Previous research has shown that numerical models can provide considerably realistic simulations when it comes to the behavior of silos by using correct boundary conditions, appropriate element types and material models. To this end, a three dimensional numerical model, taking into account the bulk material-silo wall interaction, was produced by the ANSYS commercial program, which is in turn based on the finite element method. The results obtained from the numerical analysis are discussed comparatively in terms of dynamic material pressure, horizontal displacement, equivalent base shear force and equivalent bending moment responses for considered aspect ratios. The effects experienced because of the slenderness of the silo in regards to the seismic response were evaluated along with the effectiveness of the classification system proposed by Eurocode in evaluating the loads on the vertical walls. Results clearly show that slenderness directly affects the seismic response of such structures especially in terms of behavior and the magnitude of the responses. Furthermore the aspect ratio value of 2.0, given as a behavioral changing limit in the technical literature, can be used as a valid limit for seismic behavior.
Thunderstorm downbursts are responsible for numerous structural failures around the world. The wind characteristics in thunderstorm downbursts containing vortex rings differ with those in 'traditional' boundary layer winds (BLW). This paper initially performs an unsteady-state simulation of the flow structure in a downburst (modelled as a impinging jet with its diameter being $D_{jet}$) using a computational fluid dynamics (CFD) method, and then analyses the pressure distribution on a solar updraft tower (SUT) in the downburst. The pressure field shows agreement with other previous studies. An additional pair of low-pressure region and high-pressure region is observed due to a second vortex ring, besides a foregoing pair caused by a primary vortex ring. The evolutions of pressure coefficients at five orientations of two representative heights of the SUT in the downburst with time are investigated. Results show that pressure distribution changes over a wide range when the vortices are close to the SUT. Furthermore, the fluctuations of external static pressure distribution for the SUT case 1 (i.e., radial distance from a location to jet center x=$D_{jet}$) with height are more intense due to the down striking of the vortex flow compared to those for the SUT case 2 (x=$2D_{jet}$). The static wind loads at heights z/H higher than 0.3 will be negligible when the vortex ring is far away from the SUT. The inverted wind load cases will occur when vortex is passing through the SUT except on the side faces. This can induce complex dynamic response of the SUT.
In order to establish a design guide for the bottom plate structure of a 4.3 ton aluminum planning boat, the feasibilities of bottom plate scantling of the ship are investigated based on the results of structural strength analysis and a simple equation and evaluation system are developed for initial structural design purposes. This study consists of 5 steps: First, the background, necessity, and purpose of this study are explained briefly, Second, the principal dimensions of this ship, the position of the considered bottom plate members and material characteristics are introduced. Third, the equivalent design pressure concept is introduced and evaluated based on experience and experimental data. Fourth, the strength of bottom plate members are examined using elasto-plastic nonlinear structural analysis, and response levels and several boundary conditions are reviewed based on the analysis results. Finally, in order to suggest design guides in respect to the ship's structural design, a simple design equation and evaluation system for bottom plate members are suggested for boats in the 4.3 ton aluminumboat range through the introduction of safety factorsbased on the ultimate design pressure concept.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.27
no.1
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pp.63-77
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2015
Tsunami take away life, wash houses away and bring devastation to social infrastructures such as breakwaters, bridges and ports. The coastal structure targeted object in this study can be damaged mainly by the wave pressure together with foundation ground failure due to scouring and liquefaction. The increase of excess pore water pressure composed of oscillatory and residual components may reduce effective stress and, consequently, the seabed may liquefy. If liquefaction occurs in the seabed, the structure may sink, overturn, and eventually increase the failure potential. In this study, the bore was generated using the water level difference, its propagation and interaction with a vertical revetment analyzed by applying 2D-NIT(Two-Dimensional Numerical Irregular wave Tank) model, and the dynamic wave pressure acting on the seabed and the surface boundary of the vertical revetment estimated by this model. Simulation results were used as input data in a finite element computer program(FLIP) for elasto-plastic seabed response. The time and spatial variations in excess pore water pressure ratio, effective stress path, seabed deformation, structure displacement and liquefaction potential in the seabed were estimated. From the results of the analysis, the stability of the vertical revetment was evaluated.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.33
no.3
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pp.35-47
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1996
A surface panel method treating a boundary-value problem of the Dirichlet type is presented to design a three dimensional body with free surface corresponding to a prescribed pressure distribution. An integral equation is derived from Green's theorem, giving a relation between total potential of known strength and the unknown local flux. Upon discretization, a system of linear simultaneous equations is formed including free surface boundary condition and is solved for an assumed geometry. The pseudo local flux, present due to the incorrect positioning of the assumed geometry, plays a role f the geometry corrector, with which the new geometry is computed for the next iteration. Sample designs for submerged spheroids and Wigley hull and carried out to demonstrate the stable convergence, the effectiveness and the robustness of the method. For the calculation of the wave resistance, normal dipoles and Rankine sources are distributed on the body surface and Rankine sources on the free surface. The free surface boundary condition is linearized with respect to the oncoming flow. Four-points upwind finite difference scheme is used to compute the free surface boundary condition. A hyperboloidal panel is adopted to represent the hull surface, which can compensate the defects of the low-order panel method. The design of a 5500TEU container carrier is performed with respect to reduction of the wave resistance. To reduce the wave resistance, calculated pressure on the hull surface is modified to have the lower fluctuation, and is applied as a Dirichlet type dynamic boundary condition on the hull surface. The designed hull form is verified to have the lower wave resistance than the initial one not only by computation but by experiment.
Seismic response of two dimensional liquid tanks is numerically simulated using fully nonlinear velocity potential theory. Galerkin-weighted-residual based finite element method is used for solving the governing Laplace equation with fully nonlinear free surface boundary conditions and also for velocity recovery. Based on mixed Eulerian-Lagrangian (MEL) method, fourth order explicit Runge-Kutta scheme is used for time integration of free surface boundary conditions. A cubic-spline fitted regridding technique is used at every time step to eliminate possible numerical instabilities on account of Lagrangian node induced mesh distortion. An artificial surface damping term is used which mimics the viscosity induced damping and brings in numerical stability. Four earthquake motions have been suitably selected to study the effect of frequency content on the dynamic response of tank-liquid system. The nonlinear seismic response vis-a-vis linear response of rectangular liquid tank has been studied. The impulsive and convective components of hydrodynamic forces, e.g., base shear, overturning base moment and pressure distribution on tank-wall are quantified. It is observed that the convective response of tank-liquid system is very much sensitive to the frequency content of the ground motion. Such sensitivity is more pronounced in shallow tanks.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.19
no.12
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pp.1237-1243
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2009
A computational procedure to estimate the noise radiated from a discharge valve system in a linear compressor was discussed and established. This procedure was composed of three steps. As the first step, the dynamic behavior of the valve system was estimated taking into consideration of fluid-valve-piston interactions. As the second step, the flow characteristics of refrigerant in the discharge valve system were estimated through computational fluid dynamics applying the behaviors of the valves as moving boundary conditions. The variations of pressures and velocities of fluid were converted to quadrupole noise sources. As the final step, the boundary element method based on Helmholtz equation was applied to predict the radiated acoustic pressure. The computational results by the presented procedure were experimentally validated.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.12
no.4
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pp.305-317
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2011
This paper presents an overview on flutter boundary prediction in tests which is principally based on a system stability measure, named Jury's stability criterion, defined in the discrete-time domain, accompanied with the use of autoregressive moving-average (AR-MA) representation of a sampled sequence of wing responses excited by continuous air turbulences. Stability parameters applicable to two-, three- and multi-mode systems, that is, the flutter margin for discrete-time systems derived from Jury's criterion are also described. Actual applications of these measures to flutter tests performed in subsonic, transonic and supersonic wind tunnels, not only stationary flutter tests but also a nonstationary one in which the dynamic pressure increased in a fixed rate, are presented. An extension of the concept of nonstationary process approach to an analysis of flutter prediction of a morphing wing for which the instability takes place during the process of structural morphing will also be mentioned. Another extension of analytical approach to a multi-mode aeroelastic system is presented, too. Comparisons between the prediction based on the digital techniques mentioned above and the traditional damping method are given. A future possible application of the system stability approach to flight test will be finally discussed.
The reflood test data from the rod bundle heat transfer (RBHT) test facility showed that the grids in the upper portion of the rod bundle could become wet well before the arrival of the quench front and that the sizes of liquid droplets downstream of a wet grid could not be predicted by the droplet breakup models for a dry grid. To investigate the water droplet generation from a wet grid spacer, a viscous linear temporal instability model of the water sheet issuing from the trailing edge of the grid with the surrounding steam up-flow is developed in this study. The Orr-Sommerfeld equations along with appropriate boundary conditions for the flow are solved using Chebyshev series expansions and the Tau-Galerkin projection method. The effects of several physical parameters on the water sheet oscillation are studied by determining the variation of the temporal growth rate with the wavenumber. It is found that a larger relative steam velocity to water velocity has a tendency to destabilize the water sheet with increased dynamic pressure. On the other hand, a larger ratio of steam boundary layer to the half water sheet thickness has a stabilizing effect on the water sheet oscillation. Droplet diameters downstream of the spacer grid predicted by the present model are found to compare reasonably well with the data obtained at the RBHT test facility as well as with other data recently reported in the literature.
This paper presents seismic analysis of concrete gravity dams considering soil-structure-fluid interaction. Displacement based plane strain finite element formulation is considered for the dam and foundation domain whereas pressure based finite element formulation is considered for the reservoir domain. A direct coupling method has been adopted to obtain the interaction effects among the dam, foundation and reservoir domain to obtain the dynamic responses of the dam. An efficient absorbing boundary condition has been implemented at the truncation surfaces of the foundation and reservoir domains. A parametric study has been carried out considering each domain separately and collectively based on natural frequencies, crest displacement and stress at the neck level of the dam body. The combined frequency of the entire coupled system is very less than that of the each individual sub-system. The crest displacement and neck level stresses of the dam shows prominent enhancement when coupling effect is taken into consideration. These outcomes suggest that a complete coupled analysis is necessary to obtain the actual responses of the concrete gravity dam. The developed methodology can easily be implemented in finite element code for analyzing the coupled problem to obtain the desired responses of the individual subdomains.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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