Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.19
no.1
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pp.81-96
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2007
Nonlinear shoaling characteristics over surf zone are numerically investigated based on spatially averaged NavierStokes equation. We also test the validity of gradient model for turbulent stresses due to wave breaking using the data acquainted during SUPERTANK LABORATORY DATA COLLECTION PROJECT(Krauss et al., 1992). It turns out that the characteristics length scale of breaking induced current is not negligible, which firmly stands against ever popular gradient model, ${\kappa}-{\varepsilon}$ model, but favors Large Eddy Simulation with finer grid. Based on these observations, we model the residual stress of spatially averaged NavierStokes equation after Lagrangian Dynamic Smagorinsky(Meneveau et al., 1996). We numerically integrate newly proposed wave equations using SPH with Gaussian kernel function. Severely deformed water surface profile, free falling water particle, queuing splash after landing of water particle on the free surface and wave finger due to structured vortex on rear side of wave crest(Narayanaswamy and Dalrymple, 2002) are successfully duplicated in the numerical simulation of wave propagation over uniform slope beach, which so far have been regarded very difficult features to mimic in the computational fluid mechanics.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.20
no.2
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pp.7-13
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2019
This study aims to develop a FE Model to simulate dissimilar friction stir welding and to address its potential for fundamental analysis and practical applications. The FE model is based on Coupled Eulerian-Lagrangian approach. Multiphysics systems are calculated using explicit time integration algorithm, and heat generations by friction and inelastic heat conversion as well as heat transfer through the bottom surface are included. Using the developed model, friction stir welding between an Al6061T6 plate and an AZ61 plate were simulated. Three simulations are carried out varying the welding parameters. The model is capable of predicting the temperature and plastic strain fields and the distribution of void. The simulation results showed that temperature was generally greater in Mg plates and that, as a rotation speed increase, not the maximum temperature of Mg plate increased, but did the temperature of Al plate. In addition, the model could predict flash defects, however, the prediction of void near the welding tool was not satisfactory. Since the model includes the complex physics closely occurring during FSW, the model possibly analyze a lot of phenomena hard to discovered by experiments. However, practical applications may be limited due to huge simulation time.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.3
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pp.8-13
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2018
A fluid-structure interaction analysis should be performed to evaluate the behavior of the internal fuel and its influence in order to confirm the structural soundness of the fuel tank against external impacts. In the past, fluid-structure interaction analyses have been limited to the obtention of numerical simulation results due to the need for considerable computational resources and excessive computation time. However, recently, computer performance has been dramatically improved, enabling complex numerical analyses such as fluid-structure interaction analysis to be conducted. Lagrangian and Euler coupling methods and Lagrangian based analysis methods are mainly used for fluid-structure interaction analysis. Since both of these methods have their advantages and disadvantages, it is necessary to select the more appropriate one when conducting a numerical analysis. In this study, a numerical analysis of a crash impact test for a fuel tank is performed using ALE. The purpose of the numerical analysis is to estimate the possibility of failure of the fuel tank mounted inside the container when it is subjected to a crash impact. As a result of the numerical analysis, the fluid behavior inside the fuel tank is investigated and the stress generated in the fuel tank and the container structure is calculated, thereby enabling the possibility of fuel tank failure and leakage of the internal fluid to be evaluated.
The main objective of this study is to develop a dual approach for geometrically nonlinear finite element analysis of plane truss structures. The geometric nonlinearity is considered using the Total Lagrangian formulation. The nonlinear solution is obtained by introducing and minimizing an objective function subjected to displacement-type constraints. The proposed method can fully trace the whole equilibrium path of geometrically nonlinear plane truss structures not only before the limit point but also after it. No stiffness matrix is used in the main approach and the solution is acquired only based on the direct classical stress-strain formulations. As a result, produced errors caused by linearization and approximation of the main equilibrium equation will be eliminated. The suggested algorithm can predict both pre- and post-buckling behavior of the steel plane truss structures as well as any arbitrary point of equilibrium path. In addition, an equilibrium path with multiple limit points and snap-back phenomenon can be followed in this approach. To demonstrate the accuracy, efficiency and robustness of the proposed procedure, numerical results of the suggested approach are compared with theoretical solution, modified arc-length method, and those of reported in the literature.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.23
no.8
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pp.978-986
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1999
In this study, the general thermal and flow characteristics of flat tube with micro-channels has been studied and the correlation of Nusselt number and friction factor is proposed. The optimal flat tube geometry is determined by optimal design process. It is assumed to be a three dimensional laminar flow in the analysis of thermal and flow characteristics. The periodic boundary condition is applied since the geometry of flat tube with micro-channels shows uniform cross-section in primary flow direction. Local Nusselt number is examined for thermal characteristics of each membrane, and module average Nusselt number and friction factor are calculated to determine the characteristics of the heat transfer and pressure drop in overall flat tube with microchannels. The correlations between Nusselt number and friction factor are given by Reynolds number, aspect ratio of membranes, and the width of flat tube. ALM (Augmented Lagrangian Multiplier) method is applied to the correlations to determine an optimal shape of flat tube. It is shown that the optimal aspect ratio of flat tube is approximately 1.0, irrespective of the width of flat tube and Reynolds number.
In this paper, geometrically non-linear finite element analyses were performed to study the mechanical behavior of the material system of the envelope of stratospheric airships. The microstructure of the load-bearing plain weave layer was identified and modeled. The Updated Lagrangian formulation was employed to consider the geometric non-linearity as well as the induced structural non-linearity for the fiber tows. The stress-strain behavior was predicted and the effective elastic modulus was calculated by numerical experiments. It was found the non-linear stress-strain curves were largely different from those by linear analysis. And non-linear elastic moduli were much higher than linear elastic moduli. The difference was more distinguishable when the tow waviness ratio was smaller.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.5
no.4
s.18
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pp.79-90
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2005
The purpose of this study is development of a finite element algorithm to find out the stressed condition, slipped direction and slipped dimension when some elements of cable-membrane structures are slipped from it's initially designed coordinates by external loads as wind or non uniform load and so on. In order to search the slipped behaviors of cable-membrane structures, a Arbitrarily-Lagrangian-Eulerian(ALE) finite element formulation is introduced. In these procedures, a stiffness matrix related with ALE concept is formulated and a FE analysis program for cable-membrane structures with slipped elements is developed. Various examples for cable and membrane structures are presented to verify the program's validation. The results are shown good agreement with that of existed one.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.15
no.6
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pp.38-46
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2011
In order to simulate the ignition-gas injection in the interior ballistics, a two-dimensional analytic code for two-phase flows has been developed. The Eulerian-Lagrangian approach and the low-dissipation simple high-resolution upwind scheme(LSHUS) have been adopted in the numerical code for the propellant combustion of the gun propelling charges. The ghost-cell extrapolation method has been used for the moving boundary in the chamber with the projectile movement. The calculation results of the developed code have been compared and verified through those of the dimensionless IBHVG2 code and the previous one-dimensional code. In comparison with the two-phase flows according to the drag models, the numerical analysis of the muzzle velocity has been affected by the drag model.
Post-buckling behavior of Timoshenko beams subjected to uniform temperature rising with temperature dependent physical properties are studied in this paper by using the total Lagrangian Timoshenko beam element approximation. The beam is clamped at both ends. In the case of beams with immovable ends, temperature rise causes compressible forces end therefore buckling and post-buckling phenomena occurs. It is known that post-buckling problems are geometrically nonlinear problems. Also, the material properties (Young's modulus, coefficient of thermal expansion, yield stress) are temperature dependent: That is the coefficients of the governing equations are not constant in this study. This situation suggests the physical nonlinearity of the problem. Hence, the considered problem is both geometrically and physically nonlinear. The considered highly non-linear problem is solved considering full geometric non-linearity by using incremental displacement-based finite element method in conjunction with Newton-Raphson iteration method. The beams considered in numerical examples are made of Austenitic Stainless Steel (316). The convergence studies are made. In this study, the difference between temperature dependent and independent physical properties are investigated in detail in post-buckling case. The relationships between deflections, thermal post-buckling configuration, critical buckling temperature, maximum stresses of the beams and temperature rising are illustrated in detail in post-buckling case.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.18
no.2
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pp.123-131
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2005
According to ow previous study, we confirmed That the Petrov-Galerkin natural element method(PG-NEM) completely resolves the numerical integration inaccuracy in the conventional Bubnov-Galerkin natural element method(BG-NEM). This paper is an extension of PG-NEM to two-dimensional geometrically nonlinear problem. For the analysis, a linearized total Lagrangian formulation is approximated with the PS-NEM. At every load step, the grid points ate updated and the shape functions are reproduced from the relocated nodal distribution. This process enables the PG-NEM to provide more accurate and robust approximations. The representative numerical experiments performed by the test Fortran program, and the numerical results confirmed that the PG-NEM effectively and accurately approximates The large deformation problem.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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