In the current study, the influence of the initial lateral (sweep) shape and the cross-sectional twist imperfection on the lateral torsional buckling (LTB) response of doubly-symmetric steel I-beams was investigated. The material imperfection (residual stress) was not considered. For this objective, standard European IPN 300 beam with different unbraced span was numerically analyzed for three imperfection cases: (i) no sweep and no twist (perfect); (ii) three different shapes of global sweep (half-sine, full-sine and full-parabola between the end supports); and (iii) the combination of three different sweeps with initial sinusoidal twist along the beam. The first comparison was done between the results of numerical analyses (FEM) and both a theoretical solution and the code lateral torsional buckling formulations (EC3 and AISC-LRFD). These results with no imperfection effects were then separately compared with three different shapes of global sweep and the presence of initial twist in these sweep shapes. Besides, the effects of the shapes of initial global sweep and the inclusion of sinusoidal twist on the critical buckling load of the beams were investigated to unveil which parameter was considerably effective on LTB response. The most compatible outcomes for the perfect beams was obtained from the AISC-LRFD formulation; however, the EC-3 formulation estimated the $P_{cr}$ load conservatively. The high difference from the EC-3 formulation was predicted to directly originate from the initial imperfection reduction factor and high safety factor in its formulation. Due to no consideration of geometric imperfection in the AISC-LFRD code solution and the theoretical formulation, the need to develop a practical imperfection reduction factor for AISC-LRFD and theoretical formulation was underlined. Initial imperfections were obtained to be more influential on the buckling load, as the unbraced length of a beam approached to the elastic limit unbraced length ($L_r$). Mode-compatible initial imperfection shapes should be taken into account in the design and analysis stages of the I-beam to properly estimate the geometric imperfection influence on the $P_{cr}$ load. Sweep and sweep-twist imperfections led to 10% and 15% decrease in the $P_{cr}$ load, respectively, thus; well-estimated sweep and twist imperfections should considered in the LTB of doubly-symmetric steel I-beams.
We consider the hp-version to solve non-constant coefficient elliptic equations with Dirichlet boundary conditions on a bounded, convex polygonal domain $\Omega$ in $R^{2}.$ To compute the integrals in the variational formulation of the discrete problem we need the numerical quadrature rule scheme. In this paler we consider a family $G_{p}= {I_{m}}$ of numerical quadrature rules satisfying certain properties. When the numerical quadrature rules $I_{m}{\in}G_{p}$ are used for calculating the integrals in the stiffness matrix of the variational form we will give its variational fore and derive an error estimate of ${\parallel}u-\tilde{u}^h_p{\parallel}_0,{\Omega}'$.
Camarri, S.;Salvetti, M.V.;Koobus, B.;Dervieux, A.
Wind and Structures
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v.8
no.6
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pp.407-426
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2005
A hybrid RANS/LES approach, based on the Limited Numerical Scales concept, is applied to the numerical simulation of the flow around a square cylinder. The key feature of this approach is a blending between two eddy-viscosities, one given by the $k-{\varepsilon}$ RANS model and the other by the Smagorinsky LES closure. A mixed finite-element/finite-volume formulation is used for the numerical discretization on unstructured grids. The results obtained with the hybrid approach are compared with those given by RANS and LES simulations for three different grid resolutions; comparisons with experimental data and numerical results in the literature are also provided. It is shown that, if the grid resolution is adequate for LES, the hybrid model recovers the LES accuracy. For coarser grid resolutions, the blending criterion appears to be effective to improve the accuracy of the results with respect to both LES and RANS simulations.
This paper presents the results of a study into experimental and numerical methods for the identification of bridge deck flutter derivatives. Nine bridge deck sections were investigated in a water tunnel in order to create an empirical reference set for numerical investigations. The same sections, plus a wide range of further sections, were studied numerically using a commercially available CFD code. The experimental and numerical results were compared with respect to accuracy, sensitivity, and practical suitability. Furthermore, the relevance of the effective angle of attack, the possible assessment of non-critical vibrations, and the formulation of lateral vibrations were studied. Selected results are presented in this paper. The full set of raw data is available online to provide researchers and engineers with a comprehensive benchmarking tool.
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2006.11a
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pp.135-140
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2006
Numerical computations are made to predict wave loads on a vertical cylinder in an extreme wave. To generate the extreme wave, a frequency-focused unidirectional wave is adopted in three-dimensional numerical wave tank. The mathematical formulation is wide in the scope of the potential theory with fully nonlinear free surface conditions. As a numerical method, finite element method based on variational principle is applied. Comparisons between the present numerical results and the previous computation data. show a good agreement.
we consider the hp-version to solve non-constant coefficients elliptic equations $-div(a{\nabla}u)=f$ with Dirichlet boundary conditions on a bounded polygonal domain $\Omega$ in $R^2$. In [6], M. Suri obtained an optimal error-estimate for the hp-version: ${\parallel}u-u^h_p{\parallel}_{1,\Omega}{\leq}Cp^{(\sigma-1)}h^{min(p,\sigma-1)}{\parallel}u{\parallel}_{\sigma,\Omega}$. This optimal result follows under the assumption that all integrations are performed exactly. In practice, the integrals are seldom computed exactly. The numerical quadrature rule scheme is needed to compute the integrals in the variational formulation of the discrete problem. In this paper we consider a family $G_p=\{I_m\}$ of numerical quadrature rules satisfying certain properties, which can be used for calculating the integrals. Under the numerical quadrature rules we will give the variational form of our non-constant coefficients elliptic problem and derive an error estimate of ${\parallel}u-\tilde{u}^h_p{\parallel}_{1,\Omega}$.
Many numerical methods have been developed since 1961, but unresolved issues remain. This study developed a numerical method to address these issues and determine the coefficients and properties of rotational waves with a shear current in a finite water depth. The number of unknown constants was reduced significantly by introducing a wavelength-independent coordinate system. The reference depth was calculated independently using the shooting method. Therefore, there was no need for partial derivatives with respect to the wavelength and the reference depth, which simplified the numerical formulation. This method had less than half of the unknown constants of the other method because Newton's method only determines the coefficients. The breaking limit was calculated for verification, and the result agreed with the Miche formula. The water particle velocities were calculated, and the results were consistent with the experimental data. Dispersion relations were calculated, and the results are consistent with other numerical findings. The convergence of this method was examined. Although the required series order was reduced significantly, the total error was smaller, with a faster convergence speed.
In this paper, we present a numerical model for fluid-structure interaction between structure built of porous media and acoustic fluid, which provides both pore pressure inside porous media and hydrodynamic pressures and hydrodynamic forces exerted on the upstream face of the structure in an unified manner and simplifies fluid-structure interaction problems. The first original feature of the proposed model concerns the structure built of saturated porous medium whose response is obtained with coupled discrete beam lattice model, which is based on Voronoi cell representation with cohesive links as linear elastic Timoshenko beam finite elements. The motion of the pore fluid is governed by Darcy's law, and the coupling between the solid phase and the pore fluid is introduced in the model through Biot's porous media theory. The pore pressure field is discretized with CST (Constant Strain Triangle) finite elements, which coincide with Delaunay triangles. By exploiting Hammer quadrature rule for numerical integration on CST elements, and duality property between Voronoi diagram and Delaunay triangulation, the numerical implementation of the coupling results with an additional pore pressure degree of freedom placed at each node of a Timoshenko beam finite element. The second original point of the model concerns the motion of the outside fluid which is modeled with mixed displacement/pressure based formulation. The chosen finite element representations of the structure response and the outside fluid motion ensures for the structure and fluid finite elements to be connected directly at the common nodes at the fluid-structure interface, because they share both the displacement and the pressure degrees of freedom. Numerical simulations presented in this paper show an excellent agreement between the numerically obtained results and the analytical solutions.
A numerical simulation of the binary collision dynamics of water drops for size ratios of 1 and 0.75, for the Weber number range of 5 to 100, and for all impact parameter is reported. Two different types of separating collisions, namely reflexive and stretching separations, are identified. A numerical method is based on a fractional-step method with a finite volume formulation and the interface is tracked with Volume of Fluid(VOF) method, including surface tension. Numerical results for size ratios 1 and 0.75 are reasonablely compared with Ashgriz and Poo's experimental results.
We developed an upwind numerical formulation based on the eigenvalues of the approximate Jacobian matrix in order to solve the hyperbolic conservation laws governing the two-fluid two-phase flow models. We obtained eight analytic eigenvalues in the two dimensions that can be used for estimate of the wave speeds essential in constructing an upwind numerical method. Two-dimensional underwater cavitation in a flow past structural shapes or by underwater explosion can be solved using this method. We present quantitative prediction of cavitation for the water tunnel wall and airfoils that has both experimental data as well as numerical results by other numerical methods and models.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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