• Structural Engineering and Mechanics
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• 제56권6호
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• pp.917-938
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• 2015

The nonlinear numerical analysis of the impact response of reinforced concrete/mortar beam incorporated with the updated Lagrangian method, namely the Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) is carried out in this study. The analysis includes the simulation of the effects of high mass low velocity impact load falling on beam structures. Three material models to describe the localized failure of structural elements are: (1) linear pressure-sensitive yield criteria (Drucker-Prager type) in the pre-peak regime for the concrete/mortar meanwhile, the shear strain energy criterion (Von Mises) is applied for the steel reinforcement (2) nonlinear hardening law by means of modified linear Drucker-Prager envelope by employing the plane cap surface to simulate the irreversible plastic behavior of concrete/mortar (3) implementation of linear and nonlinear softening in tension and compression regions, respectively, to express the complex behavior of concrete material during short time loading condition. Validation upon existing experimental test results is conducted, from which the impact behavior of concrete beams are best described using the SPH model adopting an average velocity and erosion algorithm, where instability in terms of numerical fragmentation is reduced considerably.

• Journal of Mechanical Science and Technology
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• 제14권7호
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• pp.705-714
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• 2000

The formulation of Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) and a shortcoming of traditional SPH in contact simulation are presented. A contact algorithm is proposed to treat contact phenomenon between two objects. We describe the boundary of the objects with non-mass artificial particles and set vectors normal to the contact surface. Contact criterion using non-mass particles is established in this study. In order to verify the contact algorithm, an algorithm is implemented in to an in-house program; elastic wave propagation is an analysed under low velocity axial impact of two rods. The results show that the contact algorithm eliminates the undesirable phenomena at the contact surface; numerical result with the contact algorithm is compared with theoretical one.

• 천문학회지
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• 제34권4호
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• pp.203-207
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• 2001

SPH is the shorthand for Smoothed Particle Hydrodynamics. This method is a Lagrangian method which means that it involves following the motion of elements of fluid. These elements have the characteristics of particles and the method is called a particle method. A useful review of SPH (Monaghan 1992) gives the basic technique and how it can be applied to numerous problems relevant to astrophysics. You can get some basic SPH programs from http) /www.maths.monash.edu.au/jjm/sphlect In the present lecture I will assume that the student has studied this review and therefore understands the basic principles. In today's lecture I plan to approach the equations from a different perspective by using a variational principle.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권3B호
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• pp.261-270
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• 2008

최근 진행된 정밀 수치해석 기법의 비약적인 발전에도 불구하고 SPH 등과 같은 고급수치기법의 수자원 분야에서의 활용은 그리 활발해 보이지 않는다. 대규모 수계를 대상으로 한 flood routing의 경우 비선형 천수방정식으로 대표되는 depth averaged approach가 효과적이나 정밀한 범람고 예단에는 오류가 야기될 수 있다. 본 고에서는 SPH 수치해석 기법의 수자원 분야로의 적용가능성을 모색하기 위해 비교적 수리모형실험자료가 풍부한 제체붕괴로 인한 수리현상을 수치모의하였다 (Martin과 Moyce, 1952). 보다 완벽한 검증을 위해 수로에 장애물이 거치된 경우 (Koshizuka 등, 1995), 수문의 갑작스런 개방으로 인한 수로에서의 수리현상 (Janosi 등, 2004) 등 점진적으로 난이도를 높여 수치모의를 수행하였다. 동수역학 모형 방정식으로는 Navier-Stokes 방정식, 동수역학의 수치적 적분에는 Smoothed Particle Hydrodynamics 기법을 채택하였다. 모의 결과 본 고에서의 수치모의가 기존에 선호되던 VOF, MAC의 수치 기법에 비해 우월한 결과를 보였다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제56권7호
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• pp.2498-2515
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• 2024

In this study, we propose a fully parallelized adaptive particle refinement (APR) algorithm for smoothed particle hydrodynamics (SPH) to construct a stable and efficient multi-resolution computing system for nuclear safety analysis. The APR technique, widely employed by SPH research groups to adjust local particle resolutions, currently operates on a serialized algorithm. However, this serialized approach diminishes the computational efficiency of the system, negating the advantages of acceleration achieved through high-performance computing devices. To address this drawback, we propose a fully parallelized APR algorithm designed to enhance both efficiency and computational accuracy, facilitated by a new adaptive smoothing length model. For model validation, we simulated both hydrostatic and hydrodynamic benchmark cases in 2D and 3D environments. The results demonstrate improved computational efficiency compared to the conventional SPH method and APR with a serialized algorithm, and the model's accuracy was confirmed, revealing favorable outcomes near the resolution interface. Through the analysis of jet breakup, we verified the performance and accuracy of the model, emphasizing its applicability in practical nuclear safety analysis.

• International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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• 제11권2호
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• pp.796-808
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• 2019

In this paper, a Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) method is extended to simulate the ice failure process and ice-ship interactions. The softening elastoplastic model integrating Drucker-Prager yield criterion is embedded into the SPH method to simulate the failure progress of ice. To verify the accuracy of the proposed SPH method, two benchmarks are presented, which include the elastic vibration of a cantilever beam and three-point bending failure of the ice beam. The good agreement between the obtained numerical results and experimental data indicates that the presented SPH method can give the reliable and accurate results for simulating the ice failure progress. On this basis, the extended SPH method is employed to simulate level ice interacting with sloping structure and three-dimensional ice-ship interaction in level ice, and the numerical data is validated through comparing with experimental results of a 1:20 scaled Araon icebreaker model. It is shown the proposed SPH model can satisfactorily predict the ice breaking process and ice breaking resistance on ships in ice-ship interaction.

• 전산구조공학
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• 제21권3호
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• pp.59-67
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• 2008

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제91권1호
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• pp.103-121
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• 2024

The smoothed particle hydrodynamics (SPH) method is a numerical technique used in dynamic analysis to simulate the fluid-like behavior of materials under extreme conditions, such as those encountered in explosions or high velocity impacts. In SPH, fluid or solid materials are discretized into particles. These particles interact with each other based on certain smoothing kernels, allowing the simulation of fluid flows and predict the response of solid materials to shock waves, like deformation, cracking or failure. One of the main advantages of SPH is its ability to simulate these phenomena without a fixed grid, making it particularly suitable for analyzing complex geometries. In this study, the structural damage to a masonry arch bridge subjected to blast loading was investigated. A high-fidelity micro-model was created and the explosives were modeled using the SPH approach. The Johnson-Holmquist II damage model and the Mohr-Coulomb material model were considered to evaluate the masonry and backfill properties. Consistent with the principles of the JH-II model, the authors developed a VUMAT code. The explosive charges (50 kg, 168 kg, 425 kg and 1000 kg) were placed in close proximity to the deck and pier of a bridge. The results showed that the 50 kg charges, which could have been placed near the pier by a terrorist, had only a limited effect on the piers. Instead, this charge caused a vertical displacement of the deck due to the confinement effect. Conversely, a 1000 kg TNT charge placed 100 cm above the deck caused significant damage to the bridge.

• 한국항공우주학회지
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• 제47권5호
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• pp.319-325
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• 2019

본 논문의 목적은 항공기에 장착되는 복합재 라미네이트 및 샌드위치구조를 가지는 레이돔에 대한 조류충돌해석을 수행하고 해석결과와 시험결과를 비교 및 분석하기 위함이다. 먼저 SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)법을 통해 물의 특성을 가지는 조류를 모델링하였으며, 조류충돌시험을 통해 조류가 충돌할 때의 속도를 입력하여 조류충돌해석을 수행하였다. 해석결과를 통해 레이돔의 파손 여부를 조사하고 최대 변형량을 시험결과와 비교하였으며 충돌과정에서의 압력변화추이가 기 연구되었던 결과와 일치함을 확인하였고, 이를 통해 수치해석모델의 신뢰성을 확보하였다. 또한 조류모델을 이루는 입자의 밀도가 레이돔의 파손 형상에 영향을 미친다는 사실을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.92-92
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• 2019

최근 기존의 격자방식의 해석 방법을 벗어나 해석 영역에 대한 분할을 별도로 고려치 않는 수치기법의 실무적 적용사례가 증가 하고 있으며, 이러한 방식중 SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics) 방식이 근자에 수자원 분야에서도 도입되어 관수로 및 개수로 해석 또는 복합해석 등에 활용된 바 있다. 최초 도입된 무격자방식의 모형들은 주로 복잡한 형상을 지니는 유체기계 등에 활용성이 높았던 바, 큰 규모의 해석 도메인을 가지는 수자원 분야에서의 SPH의 실무적용 평가와 효율성의 확보를 위해서, 본 연구는 국내 댐을 시범 대상으로 하여 SPH 수치해석 툴을 적용하고자 하였다. 분석 대상댐은 국내 P댐으로서 관리수위의 변동은 크지 않으나, 댐 직상류의 만곡이 심하고 다수의 대규모 취수구를 가진 곳으로 상시 발전방류 및 수시 댐 수문방류에 의해 유체의 흐름이 2,3차원의 복잡성을 띄고있기 때문에, 3차원 전산유체역학 Tool의 적용이 적절한 것으로 판단하였다. 해석을 위해 하류경계조건을 댐축과 문비로 설정하였고 상류 1km까지를 해석의 도메인으로 설정하였다. 소요시간을 줄이기 위해 여러 번의 모의를 거쳐 입자의 평균 입경은 0.6m로 제안하고 시격은 1초 미만(평균 0.5초)로 설정하였다. 수문 및 발전방류는 해당댐의 1~2년 빈도 수준에 해당하는 $5,000m^3/s$ 이하의 유량을 기준으로 하여 모의를 수행하였다. 모의의 안정성을 확보한 이후에는 해당 댐지역의 하류영향을 고려한 문비제어를 반영한 다양한 방식의 수문운영 및 취수지점의 순간 수위 영향을 검토하였다. 그 결과로 본 모의에서는 특정한 수문의 운영 조건에서는 댐수위 계측지점과 인근 취수지점 간에도 0.2m 수준의 순간 수위차가 발생할 수 있음을 보였으며, 이는 경우에 따라 취수시설의 일시적 장애요소로 발생할 수 있음을 의미한다. 따라서, 현재의 취수구조물과 문비운영 특성에 따라 발생가능한 취수장애를 줄일 수 있는 운영조건의 탐색을 위해서 수치모의를 추가로 하였으며, 이 때 댐축 상류의 유속분포에 대한 추가 검토도 수행하였다. 다만, 댐에서 방류시 하류조건에 대한 검토는 추후 보강되어야 할 것으로 판단된다.