Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.17
no.4
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pp.13-20
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1980
The integral equation method to solve the boundary-value problem of a 2-dimensional body oscillating in the presence of a free surface generally breaks down at and near irregular frequencies due to the hypothetical flow inside the body. In this paper singularity distributions were extended to an inner free surface to remove the irregular frequency as Ohmatsu's work in 1978, and the solution for the above problem was found by using stream function. For various bodies including Lewis form cylinders, the hydrodynamic forces were calculated numerically at various wave numbers. From the results we concluded that the irregular frequencies can be removed even for the Lewis form cylinder as Ohmatsu done for circular cylinders, and calculated hydrodynamic forces by the present method are little higher than those of Ohmatsu's when the singularities are put on the inner free surface of the body. We specially point out that the solution for heaving motion converges in an oscillatory manner but not for swaying and rolling motions.
The current study deals with the size-dependent free vibration analysis of graphene nanoplatelets (GNPs) reinforced polymer nanocomposite plates resting on Pasternak elastic foundation containing different boundary conditions. Based on a four variable refined shear deformation plate theory, which considers shear deformation effect, in conjunction with the Eringen nonlocal elasticity theory, which contains size-dependency inside nanostructures, the equations of motion are established through Hamilton's principle. Moreover, the effective material properties are estimated via the Halpin-Tsai model as well as the rule of mixture. Galerkin's mathematical formulation is utilized to solve the equations of motion for the vibrational problem with different boundary conditions. Parametrical examples demonstrate the influences of nonlocal parameter, total number of layers, weight fraction and geometry of GNPs, elastic foundation parameter, and boundary conditions on the frequency characteristic of the GNPs reinforced nanoplates in detail.
Free vibration of non-uniform embedded nanoplates based on classical (Kirchhoff's) plate theory in conjunction with nonlocal elasticity theory has been studied. The nanoplate is assumed to be rested on two-parameter Winkler-Pasternak elastic foundation. Non-uniform material properties of nanoplates have been considered by taking linear as well as quadratic variations of Young's modulus and density along the space coordinates. Detailed analysis has been reported for all possible casesof such variations. Trial functions denoting transverse deflection of the plate are expressed in simple algebraic polynomial forms. Application of the present method converts the problem into generalised eigen value problem. The study aims to investigate the effects of non-uniform parameter, elastic foundation, nonlocal parameter, boundary condition, aspect ratio and length of nanoplates on the frequency parameters. Three-dimensional mode shapes for some of the boundary conditions have also been illustrated. One may note that present method is easier to handle any sets of boundary conditions at the edges.
The radiation problem for oscillating bodies on the free surface has been formulated by the over-determined Green integral equation, where the boundary condition on the free surface is satisfied by adopting the Kelvin-type Green function and the irregular frequencies are removed by placing additional control points on the free surface surrounded by the body. The B-Spline based higher order panel method is then applied to solve the problem numerically. Because both the body geometry and the potential on the body surface are represented by the B-Splines, that is in polynomials of space parameters, the unknown potential can be determined accurately to the order desired above the constant value. In addition, the potential expressed in B-Spline can be differentiated analytically to get the velocity on the surface without introducing any numerical error. Sample computations are performed for a semispherical body and a rectangular box floating on the free surface for six-degrees of freedom motions. The added mass and damping coefficients are compared with those by the already-validated constant panel method of the same formulation showing strikingly good agreements.
This paper describes a numerical method for predicting the incompressible unsteady laminar three-dimensional flows with free-surface. The Navier-Stokes equations governing the flows have been discretized by means of finite-difference approximations, and the resulting equations have been solved via the SIMPLE-C algorithm. The free-surface is defined by the motion of a set of marker particles and the interface behaviour was investigated by means 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. The results show that this numerical method produces accurate and physically realistic predictions of three-dimensional free-surface flows.
Static and dynamic responses of a completely free elastic beam resting on a two-parameter tensionless Pasternak foundation are investigated by assuming that the beam is symmetrically subjected to a uniformly distributed load and concentrated load at its middle. Governing equations of the problem are obtained and solved by paying attention on the boundary conditions of the problem including the concentrated edge foundation reaction in the case of complete contact and lift-off condition of the beam ina two-parameter foundation. The nonlinear governing equation of the problem is evaluated numerically by adopting an iterative procedure. Numerical results are presented in figures to demonstrate the non-linear behavior of the beam-foundation system for various values of the parameters of the problem comparatively by considering the static and dynamic loading cases.
A mixed type dual to the control problem in order to unify Wolfe and Mond-Weir type dual control problem is presented in various duality results are validated and the generalized invexity assumptions. It is pointed out that our results can be extended to the control problems with free boundary conditions. The duality results for nonlinear programming problems already existing in the literature are deduced as special cases of our results.
Kim, Moon-Kyum;Lim, Yun-Mook;Cho, Kyung-Hwan;Jung, Sung-Won;Eo, Jun
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2003.09a
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pp.481-488
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2003
A fluid-structure-isolator interaction program was developed in this study. The behavior of liquid regions are simulated by the boundary element method, and then the technique of analyzing the free surface motion in time domain is developed by using the nonlinear free surface boundary condition(NFBC) and the condition of interface between the structure and the fluid. Structure regions are modeled by the finite element method. In order to construct the governing equation of the fluid structure interaction(FSI)problem in time domain, the finite elements for a structure and boundary elements for liquid are coupled using the equilibrium condition, the compatibility condition and NFBC. The isolator is simulated by equation proposedin 3D Basis Me. In order to verify the validity and the applicability of the developed fluid- structure -Isolator interaction program, The horizontal forced vibration analysis was performed. The applicability of the developed method is verified through the artificial seismic analysis of real size liquid storage tank.
The iterative boundary element method (IBEM) developed originally before for cavitating two-dimensional (2-D) and three-dimensional (3-D) hydrofoils moving under free surface is modified and applied to the case of 2-D (two-dimensional) airfoils and 3-D (three-dimensional) wings over water. The calculation of the steady-state flow characteristics of an inviscid, incompressible fluid past 2-D airfoils and 3-D wings above free water surface is of practical importance for air-assisted marine vehicles such as some racing boats including catamarans with hydrofoils and WIG (Wing-In-Ground) effect crafts. In the present paper, the effects of free surface both on 2-D airfoils and 3-D wings moving steadily over free water surface are investigated in detail. The iterative numerical method (IBEM) based on the Green's theorem allows separating the airfoil or wing problems and the free surface problem. Both the 2-D airfoil surface (or 3-D wing surface) and the free surface are modeled with constant strength dipole and constant strength source panels. While the kinematic boundary condition is applied on the airfoil surface or on the wing surface, the linearized kinematic-dynamic combined condition is applied on the free surface. The source strengths on the free surface are expressed in terms of perturbation potential by applying the linearized free surface conditions. No radiation condition is enforced for downstream boundary in 2-D airfoil and 3-D wing cases and transverse boundaries in only 3-D wing case. The method is first applied to 2-D NACA0004 airfoil with angle of attack of four degrees to validate the method. The effects of height of 2-D airfoil from free surface and Froude number on lift and drag coefficients are investigated. The method is also applied to NACA0015 airfoil for another validation with experiments in case of ground effect. The lift coefficient with different clearance values are compared with those of experiments. The numerical method is then applied to NACA0012 airfoil with the angle of attack of five degrees and the effects of Froude number and clearance on the lift and drag coefficients are discussed. The method is lastly applied to a rectangular 3-D wing and the effects of Froude number on wing performance have been investigated. The numerical results for wing moving under free surface have also been compared with those of the same wing moving above free surface. It has been found that the free surface can affect the wing performance significantly.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2001.10a
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pp.96-100
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2001
A method is presented for determining the free vibration characteristics of a rotating blade having nonuniform span wise properies and cantilevers boundary condition. The equations which govern the coupled the coupled flapwise, choirwise, and torsional motion of such a blade are solved using an integrating matrix method. By expressing the equation of motion in matrix notation, utilizing the integrating matrix as an operator, and applying the boundary condition, the equations are formulated into an eigenvalues problem whose solution may be determined by conventional method. Computer results are compared with experimental data.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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