Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.5
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pp.666-674
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2002
A rapid expansion of the moist air or stream through transonic nozzle often leads to not-equilibrium condensation shock, causing a considerable amount of energy loss to the entire flow field. Depending on amount of heat released, condensation shock wave occurs in the nozzle and interacts with the boundary layer flow. In the current study, a passive control technique using a porous wall with a plenum cavity underneath is applied for purpose of alleviation the condensation shock wave in a transonic nozzle. A droplet growth equation is incorporated into two-dimensional wavier-Stokes equation systems. Computations are carried out using a third-order MUSCL type TVD finite-difference scheme with a second-order fractional time step. An experiment using an indraft transonic wind tunnel is made to validate the present computational results. The results obtained show that the magnitude of condensation shock wave is reduced by the current passive control method.
Structural modal parameters i.e. natural frequencies, damping ratios and mode shapes are dynamic features obtained either by measuring the vibration responses of a structure or by means of finite elements models. Over the past two decades, modal parameters have been used to detect damage in structures by observing its variations over time. However, such variations can also be caused by environmental factors such as humidity, wind and, more importantly, temperature. In so doing, the use of modal parameters as damage indicators can be seriously compromised if these effects are not properly tackled. Many researchers around the world have found numerous methods to mitigate the influence of such environmental factors from modal parameters and many advanced damage indicators have been developed and proposed to improve the reliability of structural health monitoring. In this paper, several vibration tests are performed on a simply supported steel beam subjected to different damage scenarios and temperature conditions, aiming to describe the variation in modal parameters due to temperature changes. Moreover, four statistical methodologies are proposed to identify damage. Results show a slightly linear decrease in the modal parameters due to temperature increase, although it is not possible to establish an empirical equation to describe this tendency.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.37
no.3
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pp.163-171
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2024
Structural health monitoring for ships and offshore structures is important in various aspects. Ships and offshore structures are continuously exposed to various environmental conditions, such as waves, wind, and currents. In the event of an accident, immense economic losses, environmental pollution, and safety problems can occur, so it is necessary to detect structural damage or defects early. In this study, structural response data of multi-linked floating offshore structures under various wave load conditions was calculated by performing fluid-structure coupled analysis. Furthermore, the order reduction method with distortion base mode was applied to the structures for predicting the structural response by using the results of numerical analysis. The distortion base mode order reduction method can predict the structural response of a desired area with high accuracy, but prediction performance is affected by sensor arrangement. Optimization based on a genetic algorithm was performed to search for optimal sensor arrangement and improve the prediction performance of the distortion base mode-based reduced-order model. Consequently, a sensor arrangement that predicted the structural response with an error of about 84.0% less than the initial sensor arrangement was derived based on the root mean squared error, which is a prediction performance evaluation index. The computational cost was reduced by about 8 times compared to evaluating the prediction performance of reduced-order models for a total of 43,758 sensor arrangement combinations. and the expected performance was overturned to approximately 84.0% based on sensor placement, including the largest square root error.
The structural stability of a simple-typed cultivation facility with a width of 5.6 m for growing Pleurotus ostreatus was analyzed by modeling the facility as three-dimensional steel frames. The computation was done by using the finite element analysis program, ANSYS and the criterion of determining structural stability was based on the allowable stress design (ASD). The computational results showed that the structure with a straight-typed bed column was more stable than those with other types of bed columns against snow depth but there was little difference against wind velocity. As results, the interval of rafter had a more influence on safety wind velocity than that of bed column, while the interval of bed column was more important to safety snow depth. Finally the bed column against buckling was stable in all cases considered in this paper.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.14
no.5
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pp.1145-1158
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1994
A three-dimensional, finite difference, numerical model with free surface was developed on ${\sigma}$-coordinate. A semi-implicit numerical scheme in time has been adopted for computational efficiency. The scheme is essentially independent of the stringent stability criteria (CFL condition) for explicit schemes of external surface gravity wave. Implicit algorithm was applied for vertical shear stress, Coriolis force and pressure gradient terms. The reliability of the model with vertically variable grid system was checked by the comparison of simulation results with analytic solution of wind-driven currents in a one-dimensional channel. Sensitivity analysis of differencing parameters was carried out by applying the model to the calculation of wind-driven currents in a square lake.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.24
no.3
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pp.171-179
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2014
Sunroof buffeting is one of the most critical issues in the vehicle wind noise phenomena. The experimental approach to solve this issue typically requires a lot of time and resources. To reduce time and cost, the numerical approach could be taken, which can also privide more insights into physical phenomena involved in sunroof buffeting, only if the accuracy in its predictions are guranteed. The benchmark test of various numerical solvers is carried out for the buffeting behavior of a simplified vehicle body, the Hyundai simplified model(HSM). The results of each solver are compared to the experimental measurements in a Hyundai aeroacoustic wind tunnel(HAWT) at various wind speeds. In particular, acoustic response tests were performed and the results were provided prior to all simulations in order to consider the real world effects that could introduce discrepancies between the numerical and experimental approaches. Through this study, most solvers can demonstrate an acceptable accuracy level for actual commercial development and high precision experimental data and computational prediction priories can be shared in order to promote the numerical accuracy level of each numerical solver.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.37
no.1
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pp.49-56
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2024
An automated dynamic structural analysis module stands as a crucial element within a structural integrated mitigation system. This module must deliver prompt real-time responses to enable timely actions, such as evacuation or warnings, in response to the severity posed by the structural system. The finite element method, a widely adopted approximate structural analysis approach globally, owes its popularity in part to its user-friendly nature. However, the computational efficiency and accuracy of results depend on the user-provided finite element mesh, with the number of elements and their quality playing pivotal roles. This paper introduces a computationally efficient adaptive mesh generation scheme that optimally combines the h-method of node movement and the r-method of element division for mesh refinement. Adaptive mesh generation schemes automatically create finite element meshes, and in this case, representative strain values for a given mesh are employed for error estimates. When applied to dynamic problems analyzed in the time domain, meshes need to be modified at each time step, considering a few hundred or thousand steps. The algorithm's specifics are demonstrated through a standard cantilever beam example subjected to a concentrated load at the free end. Additionally, a portal frame example showcases the generation of various robust meshes. These examples illustrate the adaptive algorithm's capability to produce robust meshes, ensuring reasonable accuracy and efficient computing time. Moreover, the study highlights the potential for the scheme's effective application in complex structural dynamic problems, such as those subjected to seismic or erratic wind loads. It also emphasizes its suitability for general nonlinear analysis problems, establishing the versatility and reliability of the proposed adaptive mesh generation scheme.
The flows around a high speed train are very important because they could affect the aerodynamic characteristics such as drag and acoustic noise. Especially the boundary layer of flows could represent the characteristic of flows around the high speed train. Most previous studies have focused on the boundary layer region along the train length direction for the side of the train and underbody. The measurement and analysis of the boundary layer for the roof side is also very important because it could determine the flow inlet condition for the pantograph. In this study, the roof boundary layer was measured with a 1/20 scaled model of the next generation high speed train, and the results were compared with full-scaled computational fluid dynamics results to confirm their validity. As a result, it was confirmed that the flow inlet condition for the pantograph is about 85% of the train speed. Additionally, the characteristics of the boundary layer, which increases along the train direction, was also analyzed.
Modern commercial greenhouse requires the use of advanced climate control system to improve crop production and to reduce energy consumption. As an alternative to classical sensor-based control method, this paper introduces a model-based control method that consists of two models: the predictive model and the evaluation model. As a first step, this paper presents straightforward models to predict the effect of natural ventilation in a greenhouse according to meteorological factors, such as outdoor air temperature, soil temperature, solar radiation and mean wind speed, and structural factor, opening rate of roof ventilators. A multiple regression analysis was conducted to develop the predictive models on the basis of data obtained by computational fluid dynamics (CFD) simulations. The output of the models are air temperature drops due to ventilation at 9 sub-volumes in the greenhouse and individual volumetric ventilation rate through 6 roof ventilators, and showed a good agreement with the CFD-computed results. The resulting predictive models have an advantage of ensuring quick and reasonable predictions and thereby can be used as a part of a real-time model-based control system for a naturally ventilated greenhouse to predict the implications of alternative control operation.
This study was carried out to determine more effective way in eave structure between lengthening roof just as standard plan and replacing 3 types of vertical rain roof facility by using computational fluid dynamics (CFD) simulation to reduce the heat stress of Hanwoo, increase the effect of dryness of room floor, rain proof and ventilation efficiency. The simulation which did with mean wind velocity (1.2 m/s) result showed that the case of lengthening of roof just as standard design was more effective than the cases of vertical establishment of rain proof facility.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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