Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.31
no.5
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pp.278-293
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2019
The joint distribution of wave height and period has been maltreated despite of its great engineering value due to the absence of any analytical model for wave period, and as a result, no consensus has been reached about the effect of nonlinearity on these joint distribution. On the other hand, there was a great deal of efforts to study the effects of non-linearity on the wave height distribution over the last decades, and big strides has been made. However, these achievements has not been extended to the joint distribution of wave height and period. In this rationale, we first express the joint distribution of wave height and period as the product of the marginal distribution of wave heights with the conditional distribution of associated periods, and proceed to derive the joint distribution of wave heights and periods utilizing the models of Longuet-Higgins (1975, 1983), and Cavanie et al. (1976) for conditional distribution of wave periods, and height distribution derived in this study. The verification was carried out using numerically simulated data based on the Wallops spectrum, and the nonlinear wave data obtained via the numerical simulation of random waves approaching toward the uniform beach of 1:15 slope. It turns out that the joint distribution based on the height distribution for finite banded nonlinear waves, and Cavanie et al.'s model (1976) is most promising.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.24
no.3
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pp.1-8
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1987
In this paper, the localized finite element method(LFEM) is applied to 3-dimensional ship motion problems in water of infinite depth. The LFEM used here is based on the functional constructed by Bai & Yeung(1974). To test the present numerical scheme, a few vertical axisymmetric bodies are treated by general 3-dimensional formulation. The computed results of hydrodynamic coefficients for a few vertical spheroids and vertical circular cylinders show good agreement with results obtained by others. The advantages of the present numerical method compared with the method of integral equation are as follows; (i) The cumbersome existence of irregular frequencies in the method of conventional integral equation is removed. (ii) The final matrix is banded and symmetric and the computation of the matrix elements is comparatively easier, whereas the size of the matrix in the present scheme is much larger. (iii) In the future research, it is possible to accommodate with the nonlinear exact free surface boundary condition in the localized finite element subdomain, whereas the linear solution is assumed in the truncated(far field) subdomain.
To get accurate natural frequencies of an engine crankshafts, finite element equations of motion are developed, taking real geometries of the shaft into account. For the crankshaft with wide crank webs, a specialized rotating web element is developed. This includes the effects of rotary inertia, gyroscopic moment, and shear. After the finite element equations are constructed, eigenvalues are extracted from the system equations to get natural frequencies, based on the Sturm sequence method which exploits the banded forms of the system matrices to reduce computations. The scheme developed can be used for the free vibration analysis of any type of spinning structures which include skew symmetric gyroscopic moment matrix in the system matrices. The results are compared with experimental data in order to confirm the study.
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2006.11a
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pp.127-134
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2006
Based on a weakly non-Gaussian theory the occurrence probability of freak waves is formulated in terms of the number of waves in a time series and the surface elevation kurtosis. Finite kurtosis gives rise to a significant enhancement of freak wave generation in comparison with the linear narrow banded wave theory. For fixed number of waves, the estimated amplification ratio of freak wave occurrence due to the deviation from the Gaussian theory is 50% - 300%. The results of the theory are compared with laboratory and field data.
The dynamic response of two-dimensional unbounded domain on the rigid bedrock in the time domain is numerically obtained. It is realized by the modified scaled boundary finite element method (SBFEM) in which the original scaling center is replaced by a scaling line. The formulation bases on expanding dynamic stiffness by using the continued fraction approach. The solution converges rapidly over the whole time range along with the order of the continued fraction increases. In addition, the method is suitable for large scale systems. The numerical method is employed which is a combination of the time domain SBFEM for far field and the finite element method used for near field. By using the continued fraction solution and introducing auxiliary variables, the equation of motion of unbounded domain is built. Applying the spectral shifting technique, the virtual modes of motion equation are eliminated. Standard procedure in structural dynamic is directly applicable for time domain problem. Since the coefficient matrixes of equation are banded and symmetric, the equation can be solved efficiently by using the direct time domain integration method. Numerical examples demonstrate the increased robustness, accuracy and superiority of the proposed method. The suitability of proposed method for time domain simulations of complex systems is also demonstrated.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.5
s.176
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pp.1215-1230
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2000
Parallel Approaches using Cray T3E which is NIPP (Massively Parallel Processors) machine are presented for the efficient computation of the finite element analysis of 3-D shape rolling processes. D omain decomposition method coupled with parallel linear equation solver is used. Domain decomposition is applied for obtaining element tangent stifffiess matrices and residual vectors. Direct and iterative parallel algorithms are used for solving the linear equations. Direct algorithm is_parallel version of direct banded matrix solver. For iterative algorithms, the well-known preconditioned conjugate gradient solver with Jacobi preconditioner is also employed. Moreover a new effective iterative scheme with block inverse matrix preconditioner, which is named by present authors, is presented and its results are compared with the one using Jacobi preconditioner. PVM and MPI are used for message passing and synchronization between processors. The performance and efficiency of each algorithm is discussed and comparisons are made among different algorithms.
Kim, Hyoung-Jin;Kim, Chongam;Rho, Oh-Hyun;Lee, Ki Dong
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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v.3
no.2
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pp.161-171
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1999
Aerodynamic sensitivity analysis codes are developed via the hand-differentiation using a direct differentiation method and an adjoint method respectively from discrete two-dimensional compressible Navier-Stokes equations. Unlike previous other researches, Baldwin-Lomax algebraic turbulence model is also differentiated by hand to obtain design sensitivities with respect to design variables of interest in turbulent flows. Discrete direct sensitivity equations and adjoint equations are efficiently solved by the same time integration scheme adopted in the flow solver routine. The required memory for the adjoint sensitivity code is greatly reduced at the cost of the computational time by allowing the large banded flux jacobian matrix unassembled. Direct sensitivity code results are found to be exactly coincident with sensitivity derivatives obtained by the finite difference. Adjoint code results of a turbulent flow case show slight deviations from the exact results due to the limitation of the algebraic turbulence model in implementing the adjoint formulation. However, current adjoint sensitivity code yields much more accurate sensitivity derivatives than the adjoint code with the turbulence eddy viscosity being kept constant, which is a usual assumption for the prior researches.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.25
no.3
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pp.3-12
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1988
A natural or an artificial harbor can exhibit frequency(or period) dependent water surface oscillations when excited by incident waves. Such oscillations in harbors can cause significant damage to moored ships and adjacent structures. This can also induce undesirable current in harbors. Many previous investigators have studied various aspects of harbor resonance problem. In the percent paper, both a localizes finite element method(LFEM) which is based on the functional constructed by Chen & Mei(1974) and Bai & Yeung(1974) and an integral equation method which was used by Lee(1969) are applied to harbor resonance problem. The present method(LFEM) shows computationally more efficient than the integral equation method. Our test results shows good agreement compared with other results. This enhanced computational efficiency is due to the fact that the present method gives a banded symmetric coefficients matrix and requires much less computational time in the calculation of the influence coefficients matrix than the integral equation method involved with Green's function. To test the present numerical scheme, two models are treated here. The present method(LFEM) can be extended to a fully three dimensional harbor problem with the similar computational advantage.
An integrated model is presented to describe underground flow and mass transport, using a multicomponent multiphase approach. The comprehensive governing equation is derived considering mass and force balances of chemical species over four phases(water, oil, air, and soil) in a schematic elementary volume. Compact and systemati notations of relevant variables and equations are introduced to facilitate the inclusion of complex migration and transformation processes, and variable spatial dimensions. The resulting nonlinear system is solved by a multidimensional finite element code. The developed code with dynamic array allocation, is sufficiently flexible to work across a wide spectrum of computers, including an IBM ES 9000/900 vector facility, SP2 cluster machine, Unix workstations and PCs, for one-, two and three-dimensional problems. To reduce the computation time and storage requirements, the system equations are decoupled and solved using a banded global matrix solver, with the vector and parallel processing on the IBM 9000. To avoide the numerical oscillations of the nonlinear problems in the case of convective dominant transport, the techniques of upstream weighting, mass lumping, and elementary-wise parameter evaluation are applied. The instability and convergence criteria of the nonlinear problems are studied for the one-dimensional analogue of FEM and FDM. Modeling capacity is presented in the simulation of three dimensional composite multiphase TCE migration. Comprehesive simulation feature of the code is presented in a companion paper of this issue for the specific groundwater or flow and contamination problems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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