In this paper, a pitch-type wave energy converter (WEC-rotor) is investigated in irregular wave conditions for the real sea testing at the west coast of Jeju Island, South Korea. The present research builds on and extends our previous work on regular waves to irregular waves. The hydrodynamic characteristics of the WEC-rotor are assessed by establishing a quasi-two-dimensional numerical wave tank using computational fluid dynamics by solving the Reynolds-averaged Navier-Stokes equation. The numerical solution is validated with physical experiments, and the comparison shows good agreement. Furthermore, the hydrodynamic performance of the WEC-rotor is explored by investigating the effect of the power take-off (PTO) loading torque by one-way and two-way systems, the wave height, the wave period, operational and high sea wave conditions. Irrespective of the sea wave conditions, the absorbed power is quadratic in nature with the one-way and two-way PTO loading systems. The power absorption increases with the wave height, and the increment is rapid and mild in the two-way and one-way PTO loading torques, respectively. The pitch response amplitude operator increases as the wave period increases until the maximum value and then decreases. For a fixed PTO loading, the power and efficiency are higher in the two-way PTO loading system than in the one-way PTO loading system at different wave periods.
This paper presents a novel method for modeling elastic wave propagation in long beams. The proposed method derives a solution for the transient transverse displacement of the beam's neutral axis without assuming the separation of variables (SV). By mapping the governing equation from the space domain to the frequency domain using Fourier transformation (FT), the transverse displacement function is determined as a convolution integral of external loading functions and a combination of trigonometric and Fresnel functions. This method determines the beam's response to general loading conditions as a linear combination of the analytical response of a beam subjected to an abrupt localized loading. The proposed solution method is verified through finite element analysis (FEA) and wave propagation patterns are derived for tone burst loading with specific frequency contents. The results demonstrate that the proposed solution method accurately models wave dispersion, reduces computational cost, and yields accurate results even for high-frequency loading.
Lee, Gang Nam;Duong, Tien Trung;Jung, Kwang Hyo;Suh, Sung Bu;Lee, Jae Yong
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.34
no.6
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pp.419-427
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2020
In this study, a particle image velocimetry (PIV)-based pressure estimation method was investigated, with application to the wave-in-deck loading phenomenon. An experimental study was performed in a two-dimensional wave tank using a fixed deck structure under a focused wave, obtaining local pressures by pressure sensors, global loads by load cells, and instantaneous velocity fields using the PIV measurement technique. The PIV-based pressure estimation method was applied using the Euler equation as the governing equation, and the proper time step for the wave impact pressure was studied using the normalized root-mean-square deviation. The pressure estimation method showed good agreement for the local impact pressure in comparison with the measured pressure by the pressure sensors. However, some differences were observed in the peak pressure due to the limitations of the Euler equation and the sampling rate of the measurement system. Using the estimation method, the pressure fields during wave-in-deck loading were determined in the study, with an analysis of the mechanism of impact and negative pressure occurrence.
This study nondestructively examined the evolution of crack density in ultra-high performance concrete (UHPC) upon cyclic loading. Uniaxial compression was repeatedly applied to the cylindrical specimens at levels corresponding to 32% and 53% of the maximum load-bearing capacity, each at a steady strain rate. At each stage, both P-wave and S-wave velocities were measured in the absence of the applied load. In particular, the continuous monitoring of P-wave velocity from the first loading prior to the second loading allowed real-time observation of the strengthening effect during loading and the recovery effect afterwards. Increasing the number of cycles resulted in the reduction of both elastic wave velocities and Young's modulus, along with a slight rise in Poisson's ratio in both tested cases. The computed crack density showed a monotonically increasing trend with repeated loading, more significant at 53% than at 32% loading. Furthermore, the spatial distribution of the crack density along the height was achieved, validating the directional dependency of microcracking development. This study demonstrated the capability of the crack density to capture the evolution of microcracks in UHPC under cyclic loading condition, as an early-stage damage indicator.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.10
no.4
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pp.136-140
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2002
High temperature fatigue crack growth behavior of P92 and STS 316L steel were investigated under four load conditions using CT type specimens. Loading and unloading times for the low wave forms were combinations of 1 sec. and 50 sec., which were two symmetric wave forms and two unsymmetric wave forms. Their behaviors are characterized using ΔK parameter. In STS 316L, Crack growth rate generally increases as frequency decreases. However, sensitivity of the loading rate to crack growth rate was fecund to be far greater than that of the unloading time. It is because as loading time increases, creep occurs at crack tip causing the crack growth rate to increase. However creep does not occur at the crack tip even if the unloading time is increased. In P92 steel, crack growth rate showed same behavior as in STS 316L. But the increase in loading or unloading time made almost no difference in crack growth rate, suggesting that no significant creep occurs in P92 steel even though loading time increases. After conducting high temperature tensile tests and comparing high temperature fatigue crack growth rates under various wave forms, it was proved that P92 steel has not only good high temperature properties but also improved, better high temperature fatigue properties than STS 316L.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.34
no.3
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pp.873-883
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2014
This study proposed an estimation method of allowable wave height for loading and unloading of the ship considering ship motion that is affected by ship sizes, mooring conditions, wave periods and directions. The method was examined validity by comparison with wave field data at pier $8^{th}$ in Pohang new harbor. The wave field data obtained with wave height of 0.10~0.75m and wave period of 7~13s in ship sizes of 800~35,000ton when a downtimes have occurred. On the other hand, the results of allowable wave height for loading and unloading of the ship in this method have obtained with wave heights of 0.19~0.50m and wave periods of 8~12s for ship sizes of 5,000, 10,000 and 30,000ton. Thus this method well reproduced the field data respond to various a ship sizes and wave periods. And the results of this method tended to decrease in 16~62% when have considered long wave, and it is decreased in 0~46% when didn't consider long wave than design standards in case of the ship sizes of 5,000~30,000ton, wave period of 12s and wave angle of $75^{\circ}C$. The allowable wave heights for loading and unloading of the ship proposed by design standards are didn't respond to various the ship sizes and wave periods, and we have found that the design standards has overestimated on smaller than 10,000ton.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1997.04a
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pp.232-239
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1997
The phenomenology of shock loading effects in brittle mass has been of interest to researchers and engineers. The shock loading as blasting causes strong stress waves in the structures. Discontinuous faces due to shock waves interrupt the tensile stress wave propagation and reflect the stress wave propagation. To predict the fracturing behavior of brittle mass, it is required for the numerical method that can analyze the colliding and slipping behavior of discontinuous faces and the wave propagation in the mass, simultaneously In this study, the wave propagation in the brittle materials is analyzed using the modified distinct element method to be able to predict the behavior of discontinuous structures. The behavior of an unsupported bar subjected to loading at the end is analyzed to verify the rigid body motion of a bar and the relative displacement in the bar. The colliding behavior of two bars is analyzed to investigate the propagation of stress waves in the bar. The fracturing behavior of a bar due to impact loading is analyzed to investigate the propagation of stress waves in the bar with and without the discontinuous faces. The applicability of the modified distinct element method to the wave propagation problems is investigated.
Kim, Hak-Sung;Jung, Young-Hoon;Kim, Byung-Chul;Mok, Young-Jin
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2010.09a
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pp.1110-1116
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2010
Void ratios are one of the key parameters for exact calculation of settlement of soft groundse. In the study, shear wave velocities of a soft ground were used to measure the field void ratio using bender elements sensors. The bender-element probes were installed in situ at the depths of 3, 5 and 8m on a pre-loading site near Incheon, Korea. During 90 days after installation, the changes of shear wave velocity and ground surface settlement were measured. The field void ratio was estimated from measured shear wave velocities. The void ratio estimated by the shear wave velocity measured by bender elements agrees well with the measured values in the field.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.33
no.5
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pp.386-392
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2020
In this study, the drift current characteristics of charged particles are analyzed for panels fabricated by varying the waveform biasing of the active particle loading method (APLM), which is a method driven by the electrophoretic principle of loading charged particles into a cell of a barrier rib-type electronic paper. We prepare 3 panels using APLM and 1 panel without APLM. The waveform of APLM uses square wave and ramp wave, and the step voltage wave is applied to the driving voltage. The drift currents measured from the square wave and ramp wave with the same period applied by APLM are 4.872 µC and 5.464 µC, respectively, and the ramp wave is shown to be relatively advantageous for loading charged particles that have a large q/m. The time-current curve results confirm that the abrupt movement of charged particles is occurring. When the step form wave signal with a short time of 1s is first applied, initial large movement of the charged particles is confirmed to occur in all samples, which is understood as the effect of applying the voltage necessary to remove the imaging force. The results of this study are expected to improve the loading of charged particles into the electronic paper cell, driven by the electrophoretic principle and optimization of the driving conditions.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.8
s.179
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pp.2074-2082
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2000
In this study, to investigate and to predict the crack growth behavior under variable amplitude loading, crack growth tests are conducted on 7075-T6 aluminum alloy. The loading wave forms are generated by normal random number generator. All wave forms have same average and RMS(root mean square) value, but different standard deviation, which is to vary the maximum load in each wave. The modified Forman's equation is used as crack growth equation. Using the retardation coefficient D defined in previous study, the load interaction effect is considered. The variability in crack growth process is described by the random variable Z which was obtained from crack growth tests under constant amplitude loading in previous work. From these, a statistical model is developed. The curves predicted by the proposed model well describe the crack growth behavior under variable amplitude loading and agree with experimental data. In addition, this model well predicts the variability in crack growth process under variable amplitude loading.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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