Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.26
no.5
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pp.602-608
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2016
The paper proposes a practical meshless method for the free vibration analysis of clamped plates having arbitrary shapes by extending the non-dimensional dynamic influence function (NDIF) method, which was developed by the author in 1999. In the proposed method, the domain and boundary of the plate of interest are discretized using only nodes without elements unlike FEM and the system matrices are obtained by making domain nodes and boundary nodes satisfy the governing differential equation and boundary conditions, respectively. However, since the above system matrices are not square ones, the problem of free vibrations of clamped plates is not reduced to an algebraic eigenvalue problem. An additional theoretical treatment is considered to produce an algebraic eigenvalue problem. It is revealed from case studies that the proposed method is valid and accurate.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.21
no.2
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pp.186-193
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2011
The NDIF method(non-dimensional dynamic influence function method) for free vibration analysis of arbitrarily shaped plates with the simply supported edge is newly developed in the paper. In order to extract the system matrix that gives the natural frequencies and natural modes of the plate of interest, the difficulty of measuring higher differential terms involved in the simply supported boundary condition is successfully overcome. Finally, the excellence of the characteristics of convergence and accuracy of the proposed method is shown through two verification examples, which indicate that natural frequencies and natural modes obtained by the proposed method are very accurate and swiftly converged even though a small number of nodes are used compared with FEM.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.18
no.4
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pp.1-11
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1981
A flow problem around a ship hull with the nonlinear free surface boundary condition has been considered within the potential flow assumption. The Green's function based on the hull boundary condition is constructed numerically and used to satisfy the free surface boundary condition. This singularity to be distributed ideally on the undulating free surface is put actually, for practical reasons, on the flat water surface with the assumption of linear variation of velocities between the two positions. The surfaces of singularity distribution are approximated by Hess and Smith type quadrilaterals. The radiation condition is only crudely satisfied and this produced one of the major difficulties arising in the present way of attacking the problem.
In order to simulate a free surface flow in a trench channel, a three-dimensional incompressible unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) equations are closed with the ${\kappa}-{\epsilon}$ model. The artificial compressibility (AC) method is used. Because the pressure fields can be coupled directly with the velocity fields, the incompressible Navier-Stokes (INS) equations can be solved for the unknown variables such as velocity components and pressure. The governing equations are discretized in a conservation form using a second order accurate finite volume method on non-staggered grids. In order to prevent the oscillatory behavior of computed solutions known as odd-even decoupling, an artificial dissipation using the flux-difference splitting upwind scheme is applied. To enhance the efficiency and robustness of the numerical algorithm, the implicit method of the Beam and Warming method is employed. The treatment of the free surface, so-called interface-tracking method, is proposed using the free surface evolution equation and the kinematic free surface boundary conditions at the free surface instead of the dynamic free surface boundary condition. AC method in this paper can be applied only to the hydrodynamic pressure using the decomposition into hydrostatic pressure and hydrodynamic pressure components. In this study, the boundary-fitted grids are used and advanced each time the free surface moved. The accuracy of our RANS solver is compared with the laboratory experimental and numerical data for a fully turbulent shallow-water trench flow. The algorithm yields practically identical velocity profiles that are in good overall agreement with the laboratory experimental measurement for the turbulent flow.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.35
no.11
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pp.957-963
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2007
this study, helicopter rotor flow is simulated by using a tightly coupled CFD/FreeWake method to describe wake characteristics and to calculate the flow field and rotor aerodynamics. In this tightly coupled CFD/FreeWake method, freewake model provides the boundary condition required in the CFD calculation and CFD provides the pressure distribution on blade surface used in feewake generation. To show the advantage of this method, the pressure distributions on blade surface of a hovering 2-bladed rotor are compared with other numerical methods. This tightly coupled CFD/FreeWake method shows good accuracy in the predicted results and efficient computation time.
Finite difference method using not general SSG (standard staggered grid) but RSG (rotated staggered grid) was applied to simulation of elastic wave propagation. Special free surface boundary condition such as imaging method is needed in finite difference method using SSG in elastic wave propagation. But free surface boundary condition in finite difference method using RSG is easily solved with adding air layer or vacuum layer. Recently PML (Perfectly Matched layer) is widely used to eliminate artificial reflection waves from finite boundary because of its' greate efficiency. Absorbing ability of CPML (convolutional Perfectly Matched Layer) that is more efficient than that of PML and CPML that don't use splitting of wave equation that should be adapted to PML was applied to FDM using RSG in this study. Frequency absorbing characteristic and energy absorbing ability in CPML layer were investigated and CPML eliminated artificial boundary waves very effectively in FDM using RSG in being compared with that of Cerjan's absorbing method. CPML method also diminished amplitude of waves in boundary layer of solid-liquid model very well.
In the current work, static and free torsional vibration of functionally graded (FG) nanorods are investigated using Fourier sine series. The boundary conditions are described by the two elastic torsional springs at the ends. The distribution of functionally graded material is considered using a power-law rule. The systems of equations of the mechanical response of nanorods subjected to deformable boundary conditions are achieved by using the modified couple stress theory (MCST) and taking the effects of torsional springs into account. The idea of the study is to construct an eigen value problem involving the torsional spring parameters with small scale parameter and functionally graded index. This article investigates the size dependent free torsional vibration based on the MCST of functionally graded nano/micro rods with deformable boundary conditions using a Fourier sine series solution for the first time. The eigen value problem is constructed using the Stokes' transform to deformable boundary conditions and also the convergence and accuracy of the present methodology are discussed in various numerical examples. The small size coefficient influence on the free torsional vibration characteristics is studied from the point of different parameters for both deformable and rigid boundary conditions. It shows that the torsional vibrational response of functionally graded nanorods are effected by geometry, small size effects, boundary conditions and material composition. Furthermore, for all deformable boundary conditions in the event of nano-sized FG nanorods, the incrementing of the small size parameters leads to increas the torsional frequencies.
Here we consider the evaluation of the the dynamic component of the second order force due to wave diffraction by a circular cylinder analytically and numerically. The cylinder is fixed, vertical, surface piercing in water of finite uniform depth. The formulation of the wave-structure interaction is based on the assumption of a homogeneous, ideal, incompressible, and inviscid fluid. The nonlinearity in the wave-structure interaction problem arises from the free surface boundary conditions, namely, dynamic and kinematic free surface boundary conditions. We expand the velocity potential and free surface elevation functions in terms of a small parameter and then consider the second order diffraction problem. After deriving the pressure using Bernoulli's equation, we obtain the analytical expression for the dynamic component of the second order force on the cylinder by integrating the pressure over the wetted surface. The computation of the dynamic force component requires only the first order velocity potential. Numerical results for the dynamic force component are presented.
This describes a numerical method for predicting the incompressible unsteady laminar three-dimensional flows of fluid behaviour with free-surface. The elliptic differential equations governing the flows have been linearized by means of finite-difference approximations, and the resulting equations have been solved via a fully-implicit iterative method. The free-surface is defined by the motion of a set of marker particles and interface behaviour was investigated by way of a 'Lagrangian' technique. Using the GALA concept of Spalding, the conventional mass continuity equation is modified to form a volumetric or bulk-continuity equation. The use of this bulk-continuity relation allows the hydrodynamic variables to be computed over the entire flow domain including both liquid and gas regions. Thus, the free-surface boundary conditions are imposed implicitly and the problem formulation is greatly simplified. The numerical procedure is validated by comparing the predicted results of a periodic standing waves problems with analytic solutions or experimental results from the literature. The results show that this numerical method produces accurate and physically realistic predictions of three-dimensional free-surface flows.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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