Optimal design of raft-pile foundations is examined by combining finite element technique and the optimization approach. The piles and soil medium are modeled by three dimensional solid elements while the raft is modelled by shell elements. Drucker-Prager criterion is adopted for the soil medium while the raft and the piles are assumed to be linear elastic. For the optimization process, the approximate semi-analytical method is used for calculating constraint sensitivities and a constraint approximation method which is a combination of the extended Bi-point approximation and Lagrangian polynomial approximation is used for predicting the behaviour of the constraints. The objective function of the problem is the volume of materials of the foundation while the design variables are raft thickness, pile length and pile spacing. The generalized reduced gradient algorithm is chosen for solving the optimization process. It is demonstrated that the method proposed in this study is promising for obtaining optimal design of raft-pile foundations without carrying out a large number of analyses. The results are also compared with those obtained from the previous study in which linear analysis was carried out.
In order to reduce vibration or to control shape of structures made of metal or composites, piezoelectric materials have been extensively used since their discovery in 1880's. A recent trend is also seen to apply piezoelectric materials to flexible structures made of rubber-like materials. In this paper a non-linear finite element model using updated Lagrangian (UL) approach has been developed for static analysis of rubber-elastic material with surface-bonded piezoelectric patches. A compressible stain energy function has been used for modeling the rubber as hyperelastic material. For formulation of the nonlinear finite element model a twenty-node brick element is used. Four degrees of freedom u, v and w and electrical potential ${\varphi}$ per node are considered as the field variables. PVDF (polyvinylidene fluoride) patches are applied as sensors/actuators or sensors and actuators. The present model has been applied to bimorph PVDF cantilever beam to validate the formulation. It is then applied to study the smart rubber components under different boundary and loading conditions. The results predicted by the present formulation are compared with the analytical solutions as well as the available published results. Some results are given as new ones as no published solutions available in the literatures to the best of the authors' knowledge.
As the size of ships increases, the size and output power of their thrusters also increase. When a large ship berths or unberths, the jet flow produced from its thruster has an adverse effect on the stability of quay walls. In this study, we conducted a numerical analysis to examine the impact of the thruster jet flow of a 30,000 TEU container ship, which is expected to be built in the near future, on the stability of a quay wall. In the numerical simulation, we used the fluid-structure interaction analysis technique of LS-DYNA, which is calculated by the overlapping capability using an arbitrary Lagrangian Eulerian formulation and Euler-Lagrange coupling algorithm with an explicit finite element method. As the ship approached the quay wall and the vertical position of the thruster approached the mound of the quay wall, the jet flow directly affected the foot-protection blocks and armor stones. The movement and separation of the foot-protection blocks and armor stones were confirmed in the area affected directly by the thruster jet flow of the container ship. Therefore, the thruster jet flows of ultra-large ships must be considered when planning and designing ports. In addition, the stability of existing port structures must be evaluated.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2020.06a
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pp.123-123
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2020
The present study is aimed to correcting radar-based mean areal precipitation forecasts to improve urban flood predictions and uncertainty analysis of water levels contributed at each stage in the process. For this reason, a long short-term memory (LSTM) network is used to reproduce three-hour mean areal precipitation (MAP) forecasts from the quantitative precipitation forecasts (QPFs) of the McGill Algorithm for Precipitation nowcasting by Lagrangian Extrapolation (MAPLE). The Gangnam urban catchment located in Seoul, South Korea, was selected as a case study for the purpose. A database was established based on 24 heavy rainfall events, 22 grid points from the MAPLE system and the observed MAP values estimated from five ground rain gauges of KMA Automatic Weather System. The corrected MAP forecasts were input into the developed coupled 1D/2D model to predict water levels and relevant inundation areas. The results indicate the viability of the proposed framework for generating three-hour MAP forecasts and urban flooding predictions. For the analysis uncertainty contributions of the source related to the process, the Bayesian Markov Chain Monte Carlo (MCMC) using delayed rejection and adaptive metropolis algorithm is applied. For this purpose, the uncertainty contributions of the stages such as QPE input, QPF MAP source LSTM-corrected source, and MAP input and the coupled model is discussed.
Binita Dash;Trupti R Mahapatra;Punyapriya Mishra;Debadutta Mishra
Structural Engineering and Mechanics
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v.89
no.3
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pp.265-281
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2024
The sound radiation responses of multi-layer composite plates subjected to harmonic mechanical excitation in hygrothermal environment is numerically investigated. A homogenized micromechanical finite element (FE) based on the higher-order mid-plane kinematics replicating quadratic function as well as the through the thickness stretching effect together with the indirect boundary element (IBE) scheme has been first time employed. The isoparametric Lagrangian element (ten degrees of freedom per node) is used for discretization to attain the hygro-thermo-elastic natural frequencies and the modes of the plate via Hamilton's principle. The effective material properties under combined hygrothermal loading are considered via a micromechanical model. An IBE method is then implemented to attain structure-surrounding coupling and the Helmholtz wave equation is solved to compute the sound radiation responses. The effectiveness of the model is tested by converging it with the similar analytical/numerical results as well as the experimentally acquired data. The present scheme is further hold out for solving diverse numerical illustrations. The results revealed the relevance of the current higher-order FE-IBE micromechanical model in realistic estimation of hygro-thermo-acoustic responses. The geometrical parameters, volume fraction of fiber, layup, and support conditions alongside the hygrothermal load is found to have significant influence on the vibroacoustic characteristics.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.6
no.4
s.22
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pp.53-61
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2006
In th is paper, to predicting the large deformation and cyclic plastic behavior of steel members under loading, 3-Dimensional elastic-plastic FE analysis method is developed by using finite deformation theory and proposed cyclic plasticity model. finite deformation theory, described the large deformation, is formulated by using Updated-lagrangian formulation and Green's strain tensor, Jaumann's derivative of Kirchoff stress. Also, cyclic plasticity model proposed by author is applied to developed analysis method. To verification of developed analysis method, analysis result of steel plate specimen compare to the analysis result using infinitesimal deformation theory and test result. Also, load-displacement and deflection shape, analysis result of pipe-section steel column, compare to test result. The good agreement between analysis result and experiment result shown that developed 3-dimensional finite element analysis can be predict the large deformation and cyclic plastic behavior of steel members.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.14
no.1
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pp.13-22
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1990
A general analysis method is proposed for analysis of the superposed structures with geometric and material nonlinearities. It is presumed that no friction occurs between structures. It utilizes a shell element for the geometric and material nonlinearities and imposes various deformation constraints for the contact and interaction between structures. To show the reliability and effectiveness of this method, superposed cantilevers for which exact solutions can be obtained and holddown spring assemblies which are now used in PWR reactors are chosen as analysis models. The results of analyses were compared with exact solution in the case of cantilevers and with test results in the case of holddown spring assemblies. The analysis results obtained by this method showed good agreement with the reference values.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.24
no.4
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pp.365-373
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2011
Damage of reinforced concrete panel subjected to blast load using parallel and domain decomposition is analyzed. The numerical results are sensitive to the mesh size because blast waves are generated during the extremely short term. In order to investigate the effect of mesh size on the blast wave, the analysis results from various wave mesh size using AUTODYN, the explicit finite element analysis program, were compared with existing experimental results. The smaller mesh size was, the higher accuracy was. However, in this case, the analysis was inefficient. Therefore, in order to increase numerical efficiency, the parallel analysis using decomposed method based on Euler and Lagrangian description was performed. Finally, the decomposed method using both the structure domain based on Lagrange description and the blast wave domain based on Euler description was more efficient than the decomposed method using only the Lagrange mesh on structure domain.
It is known that damages to the subsea cables used for electric power transmission between islands and countries, including renewable energy from offshore wind power, current, tides, etc., cost much to restore, which causes social and economic losses. Various types of fishing rigs and anchors have been reported to be the greatest hazards to subsea cables. It is possible to design and construct a suitable protection facility for a subsea cable by precisely estimating the underwater behavior of such hazardous apparatuses. In this study, numerical simulations of the underwater behaviors of various hazardous apparatuses were carried out using fluid-structure interaction (FSI) analysis as a basic study to simulate the actual behavior phenomena of hazardous apparatuses in relation to a subsea cable. In addition, the underwater drop characteristics according to the types of hazardous apparatuses were compared. In order to verify the accuracy of the FSI analysis method used in this study, we compared the test results for underwater drops of a steel ball bearing. Stock anchors, stockless anchors, and rocket piles, which were actually reported to be the cases of damage to subsea cables along the southwest coast of Korea, were considered as the hazardous apparatuses for the numerical simulations. Each hazardous apparatus was generated by a Lagrangian model and coupled with the fluid domain idealized by the Eulerian equation to construct the three-dimensional FSI analysis model. The accuracy of the numerical simulation results was verified by comparing them with the analytical solutions, and the underwater drop characteristics according to the types of hazard apparatuses were compared.
To investigate the frequency and trajectories of volcanic ash from Mt. Baekdu reaching the Korean Peninsula, a forward trajectory analysis was conducted using the Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory (HYSPLIT) model. Through a cluster analysis of air parcel trajectories, we identified the main pathways of the volcanic ash from Mt. Baekdu entering the Korean Peninsula and analyzed the synoptic meteorological conditions on those days. The frequency of volcanic ash reaching the Korean Peninsula was 82 times at an altitude of 1000 m and 70 times at 2000 m, with an increasing trend from 2016 to 2022. This increase is attributed to the weakening of westerly winds and the strengthening of north-south winds due to global warming. Five and three trajectory clusters were classified at 1000 m and 2000 m, respectively. At a starting altitude of 1000 m, most air parcels originating from Mt. Baekdu entered the Korean Peninsula under weather conditions (C2, C3) where the pressure gradient from the northwest to the southeast was small, resulting in weak northerly winds. C2 and C3 showed shorter trajectories, which occurred in all seasons, except summer. At a starting altitude of 2000 m, air parcels mostly passed over the Korean Peninsula in a synoptic pattern similar to that at 1000 m in altitude; however, the air parcels had simpler paths and less frequent inflow. C2, at a starting altitude of 2000 m, originates from Mount Baekdu, crosses the center of the Korean Peninsula, and continues to the central region. At a starting altitude of 1000 m, volcanic ash can enter the Korean Peninsula when there is no strong low-pressure system to the southeast of the Korean Peninsula, whereas at 2000 m, volcanic ash can enter the Korean Peninsula when the Siberian high-pressure system is weak.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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