• Wind and Structures
• /
• 제26권5호
• /
• pp.279-292
• /
• 2018

Inspired by the energy harvesting eel, a flexible flag behind a D-shape cylinder in a uniform viscous flow was simulated by using the immersed boundary method (IBM) along with low-speed wind tunnel experimentation. The flag in the wake of the cylinder was strongly influenced by the vortices shed from the upstream cylinder under the vortex-vortex and vortex-body interactions. Geometric and flow parameters were optimized for the flexible flag subjected to passive flapping. The influence of length and bending coefficient of the flexible flag, the diameters (D) of the cylinder and the streamwise spacing between the cylinder and the flag, on the energy generation was examined. Constructive and destructive vortex interaction modes, unidirectional and bidirectional bending and the different flapping frequency were found which explained the variations in the energy of the downstream flag. Voltage output and flapping behavior of the flag were also observed experimentally to find a more direct relationship between the bending of the flag and its power generation.

• Computers and Concrete
• /
• 제26권2호
• /
• pp.127-136
• /
• 2020

There is an inherent randomness for concrete microstructure even with the same manufacturing process. Meanwhile, the concrete material under the aqueous environment is usually not fully saturated by water. This study aimed to develop a stochastic micromechanical framework to investigate the probabilistic behavior of the unsaturated concrete from microscale level. The material is represented as a multiphase composite composed of the water, the pores and the intrinsic concrete (made up by the mortar, the coarse aggregates and their interfaces). The differential scheme based two-level micromechanical homogenization scheme is presented to quantitatively predict the concrete's effective properties. By modeling the volume fractions and properties of the constituents as stochastic, we extend the deterministic framework to stochastic to incorporate the material's inherent randomness. Monte Carlo simulations are adopted to reach the different order moments of the effective properties. A distribution-free method is employed to get the unbiased probability density function based on the maximum entropy principle. Numerical examples including limited experimental validations, comparisons with existing micromechanical models, commonly used probability density functions and the direct Monte Carlo simulations indicate that the proposed models provide an accurate and computationally efficient framework in characterizing the material's effective properties. Finally, the effects of the saturation degrees and the pore shapes on the concrete macroscopic probabilistic behaviors are investigated based on our proposed stochastic micromechanical framework.

• 한국지반신소재학회논문집
• /
• 제10권2호
• /
• pp.1-12
• /
• 2011

조립재료의 입자 결합 및 파쇄 형태가 전단거동 특히 잔류 전단거동 특성에 미치는 영향을 분석하기 위하여, 개별요소법(DEM, discrete element method)에 기초를 둔 프로그램인 PFC(Particle Flow Code)를 이용하여 링 전단시험을 수치해석적으로 모델링하였다. 본 연구에서는 PFC내의 clump 모델 및 cluster 모델을 이용하여 두 개의 비파쇄모델 그리고 두 개의 파쇄모델을 포함한 총 네 개의 모델을 제시하였다. Lobo-Guerrero and Vallejo(2005)가 제안한 Lobo-crushing 모델의 적합성을 검토하였다. 또한 링 전단시험 모델링의 결과 분석을 통하여 직접전단시험 모델링 결과와 비교하였다. 연구 결과, 잔류 전단거동 분석을 위해서는 링 전단시험의 모델링이 필수적임을 알 수 있었다. 또한 잔류 전단강도 분석을 위해서는 Lobo-crushing 모델이 부적합함을 알 수 있었다. 따라서 본 연구에서 제시한 수치해석 모델은 향후 입자 파쇄를 포함한 조립재료의 잔류 전단강도 특성 연구에 다양하게 적용될 수 있다고 판단된다.

• 대한기계학회논문집
• /
• 제12권4호
• /
• pp.642-651
• /
• 1988

본 연구에서는 정적 혹은 동적인 하중을 받는 탄성체의 변위, 응력 등을 구할 수 있는 유한요소해석을 하였다. 이 경우에 얻어지는 대수적인 운동방정식은 비선형 적이지만 증분응력이 미소한 경우에는 선형화될 수 있다.따라서 유한요소식의 해법 도 선형적인 경우와 비선형적인 경우로 나누어 생각한다.선형문제에 대한 해법으로 는 (1) 정하중:Gauss소거법, (2) 동하중:모우드에 대한 해석 또는 Newmark의 직접적분 법을 사용했고, 비선형적인 문제에 대한 해법으로는 (1) 정하중:Newton-Raphson반복법, (2) 동하중 :Newton-Raphson 반복법에 의거한 Newmark의 직접적분법을 사용하였다. 비선형적인 문제의 풀이시에는 Newton-Raphson방법으로 반복하여 계산하면서 외력과 등가절점하중의 평형이 이루어지도록 하므로 상당히 많은 양의 계산이 필요한데, 이때 서로 종류가 다른 강성매트릭스의 수치적분시 각기 다른 차수의 Gauss-Legendre 적분 을 시도하여, 발생된 오차 및 계산시간의 변동 등을 고찰하므로써 계산량의 감소방안 을 찾아 보았다. 또한 초기응력이 균일한 경우, 선형해와 비선형해를 비교함으로써 증분응력의 영향을 무시하는 선형해석의 적용타당성을 검토하였다.

• 한국측량학회지
• /
• 제24권2호
• /
• pp.183-191
• /
• 2006

최대 차수 10800의 초 고차 구 조화함수를 전개하여 중력을 모델링 하고, 이를 이용하여 상향 연속의 정확도를 검증하였다. 초 고차 구조화 함수에 의한 중력 모델링에 있어 수치계산적 난점인 르장드르 함수의 언더플로와 오버플로를 128 비트 연산에 의하여 성공적으로 수행하였으며, 이를 이용하여 지오이드상의 중력이상값을 공간 상도 $1'{\times}1'$ 으로 계산하였다. 생성된 중력이상값에 다양한 크기의 잡음을 첨가하고 자료의 간격을 달리하여 상향연속을 수행하였으며, 이로부터 도출된 중력 섭동 벡터와 중력 모델로부터 직접 계산된 섭동 벡터와의 비교를 통하여 실제적인 상향연속의 정확도를 할당하였다. 상향연속 방법의 비교에 있어, 직접방법이 포아송 방법에 비해 월등히 좋은 정확도를 보였고, 지상 중력자료의 잡음이 적을수록 또한 자료의 간격이 작을수록 상향연속에 의한 중력 섭동벡터의 정확도가 높게 나타남을 확인하였다. 특히 차세대 관성항법장치의 정밀 항법을 위한 중력의 필요조건인 5mGal의 정확도를 위해선, 지상 중력의 잡음 정도가 5mGal 이하, 자료의 간격이 2arcmin 이하이어야 함을 도출하였다.

• 한국습지학회지
• /
• 제19권3호
• /
• pp.279-286
• /
• 2017

본 연구에서는 기저유출을 고려한 관측 자료 기반 오염부하량을 이용하여 비점오염 유출특성과 신규 원단위의 활용 가능성을 검토하였다. 이를 위해 금강 수계 주원천 유역의 9개 강우사상을 대상으로 디지털 필터 기법을 이용하여 유출성분을 분리하고 수치적분법을 적용하여 비점오염부하량을 산정하였다. 연구결과 비점오염 평균 기여율은 BOD 31.34%, T-N 58.94%, T-P 50.42%로 BOD의 경우 기저유출의 영향이 큰 것으로 분석되었다. 또한, 신 원단위를 적용한 오염부하량이 구 원단위를 적용한 경우에 비해 관측부하량에 근접하는 것으로 분석되었다. 이러한 결과는 효율적인 유역의 수질관리를 위해서는 직접유출에 따른 오염부하뿐만 아니라 기저유출에 따른 오염부하 관리도 필요함을 의미한다.

• Smart Structures and Systems
• /
• 제9권6호
• /
• pp.505-534
• /
• 2012

The present work deals with second order statistics of post buckling response of piezoelectric laminated composite cylindrical shell panel subjected to hygro-thermo-electro-mechanical loading with random system properties. System parameters such as the material properties, thermal expansion coefficients and lamina plate thickness are assumed to be independent of the temperature and electric field and modeled as random variables. The piezoelectric material is used in the forms of layers surface bonded on the layers of laminated composite shell panel. The mathematical formulation is based on higher order shear deformation shell theory (HSDT) with von-Karman nonlinear kinematics. A efficient $C^0$ nonlinear finite element method based on direct iterative procedure in conjunction with a first order perturbation approach (FOPT) is developed for the implementation of the proposed problems in random environment and is employed to evaluate the second order statistics (mean and variance) of the post buckling load of piezoelectric laminated cylindrical shell panel. Typical numerical results are presented to examine the effect of various environmental conditions, amplitude ratios, electrical voltages, panel side to thickness ratios, aspect ratios, boundary conditions, curvature to side ratios, lamination schemes and types of loadings with random system properties. It is observed that the piezoelectric effect has a significant influence on the stochastic post buckling response of composite shell panel under various loading conditions and some new results are presented to demonstrate the applications of present work. The results obtained using the present solution approach is validated with those results available in the literature and also with independent Monte Carlo Simulation (MCS).

• Smart Structures and Systems
• /
• 제13권2호
• /
• pp.257-280
• /
• 2014

In this paper, a novel PARAllel FACtor (PARAFAC) decomposition based Blind Source Separation (BSS) algorithm is proposed for modal identification of structures equipped with tuned mass dampers. Tuned mass dampers (TMDs) are extremely effective vibration absorbers in tall flexible structures, but prone to get de-tuned due to accidental changes in structural properties, alteration in operating conditions, and incorrect design forecasts. Presence of closely spaced modes in structures coupled with TMDs renders output-only modal identification difficult. Over the last decade, second-order BSS algorithms have shown significant promise in the area of ambient modal identification. These methods employ joint diagonalization of covariance matrices of measurements to estimate the mixing matrix (mode shape coefficients) and sources (modal responses). Recently, PARAFAC BSS model has evolved as a powerful multi-linear algebra tool for decomposing an $n^{th}$ order tensor into a number of rank-1 tensors. This method is utilized in the context of modal identification in the present study. Covariance matrices of measurements at several lags are used to form a $3^{rd}$ order tensor and then PARAFAC decomposition is employed to obtain the desired number of components, comprising of modal responses and the mixing matrix. The strong uniqueness properties of PARAFAC models enable direct source separation with fine spectral resolution even in cases where the number of sensor observations is less compared to the number of target modes, i.e., the underdetermined case. This capability is exploited to separate closely spaced modes of the TMDs using partial measurements, and subsequently to estimate modal parameters. The proposed method is validated using extensive numerical studies comprising of multi-degree-of-freedom simulation models equipped with TMDs, as well as with an experimental set-up.

• Advances in Computational Design
• /
• 제4권1호
• /
• pp.53-72
• /
• 2019

Safety measures for tower cranes are extremely important among the seismic countermeasures at high-rise building construction sites. In particular, the collapse of a tower crane from a high position is a very serious catastrophe. An example of such an accident due to an earthquake is the case of the Taipei 101 Building (the author was the project director), which occurred on March 31, 2002. Failure of the bolted joints of the tower-crane mast was the direct cause of the collapse. Therefore, it is necessary to design for this eventuality and to take the necessary measures on construction sites. This can only be done by understanding the precise dynamic behavior of mast joints during an earthquake. Consequently, we created a new hybrid-element model (using beam, shell, and solid elements) that not only expressed the detailed behavior of the site joints of a tower-crane mast during an earthquake but also suppressed any increase in the total calculation time and revealed its behavior through computer simulations. Using the proposed structural model and simulation method, effective information for designing safe joints during earthquakes can be provided by considering workability (control of the bolt pretension axial force and other factors) and less construction cost. Notably, this analysis showed that the joint behavior of the initial pretension axial force of a bolt is considerably reduced after the axial force of the bolt exceeds the yield strength. A maximum decrease of 50% in the initial pretension axial force under the El Centro N-S Wave ($v_{max}=100cm/s$) was observed. Furthermore, this method can be applied to analyze the seismic responses of general temporary structures in construction sites.

• 지구물리와물리탐사
• /
• 제6권2호
• /
• pp.57-63
• /
• 2003

경암 내에 존재하는 소규모 공동 탐지를 목적으로 시추공 간 탄성파자료에 대한 주시 토모그래피 및 Kirchhoff 구조보정 기법의 적용 가능성을 고찰하였다. 주시 토모그래피의 경우 수치모델링을 통한 검토 결과, 소규모 공동($2m{\times}2m$)에 기인한 초동변위 양은 대단히 작고(<0.125msec)초동변위가 관측되는 수신기 오프셋 범위도 조사영역 평균속도의 $1\%$의 초동변위를 탐지가능 기준으로 보았을 때 4m 이내로 나타났다. 이로부터 초동변위를 성공적으초 발췌하기 위해서는 적절 샘플링 간격 0.03125msec, 자료획득 송수긴 간격을 가능한 좁게 설정하여야 함을 확인하였다. 한편, 시추공 탄성파 자료에 대한 Kirchhoff 구조보정 기법을 수치모델링 자료에 적용, 탐지 가능성을 확인하고 이를 현장자료에 적응하였다. 시추공 간 탄성파 자료에 나타나는 직접파 및 각종 모드 변환파 제거를 위해 메디안 필터 및 주파수 대역필터의 조합을 적응함으로써 공동에 의한 회절신호를 분리하였다. 공통 송신원 및 중합 구조보정 단면을 작성하고 이로부터 Kirchhoff 구조보정 기법은 공동에 의한 회절신호를 성공적으로 분리하였을 경우 공동에 대한 정보도출이 가능함을 확인하였다.