The free vibration frequency responses of the graded flat and curved (cylindrical, spherical, hyperbolic and elliptical) panel structures investigated in this research considering the rectangular and tilted planforms under unlike temperature loading. For the numerical implementation purpose, a micromechanical model is prepared with the help of Voigt's methodology via the power-law type of material model. Additionally, to incur the exact material strength, the temperature-dependent properties of each constituent of the graded structure included due to unlike thermal environment. The deformation kinematics of the rectangular/tilted graded shallow curved panel structural is modeled via higher-order type of polynomial functions. The final form of the eigenvalue equation of the heated structure obtained via Hamilton's principle and simultaneously solved numerically using finite element steps. To show the solution accuracy, a series of comparison the results are compared with the published data. Some new results are exemplified to exhibit the significance of power-law index, shallowness ratio, aspect ratio and thickness ratio on the combined thermal eigen characteristics of the regular and tilted graded panel structure.
A design procedure for a ship with minimum total resistance has been developed using a numerical optimization method called SQP (Sequential Quadratic Programming) to search for optimized hull form and CFD(Computational Fluid Dynamics) technique. The friction resistance is estimated using the ITTC 1957 model-ship correlation line formula and the wave making resistance is evaluated using a potential-flow panel method based on Rankine sources with nonlinear free surface boundary conditions. The geometry of hull surface is represented and modified using B-spline surface patches during the optimization process. Using the Series 60 hull ($C_B$ =0.60) as a base hull, the optimization procedure is applied to obtain an optimal hull that produces the minimum total resistance for the given constraints. To verify the validity of the result, the original model and the optimized model obtained by the optimization process have been built and tested in a towing tank. It is shown that the optimal hull obtained around $13\%$ reduction in the total resistance and around $40\%$ reduction in the residual resistance at a speed tested compared with that of the original one, demonstrating that the present optimization tool can be effectively used for efficient hull form designs.
A hull form design technique to enhance the wave-making resistance performance for a medium size high speed Ro-Pax ship was studied introducing an optimization method and an automatic hull form modification method. SQP(sequential quadratic programming) was applied as the optimization algorithm and the geometry of hull surface was represented and modified using the NURBS(Non-Uniform Rational B-Spline). The wave-making resistance performance as an objective function in the optimization procedure was evaluated using the Rankine source panel method in which nonlinearity of the free surface boundary conditions and the trim and sinkage of the ship was fully taken into account. Using the Ro-Pax ship as a base hull, the hull-form optimization method was applied to obtain the hull shape that produced the lower wave-making resistance. To verify the validity of the hull-form optimization method, the numerical results was compared with the model test results.
Nasihatgozar, M.;Khalili, S.M.R.;Fard, K. Malekzadeh
Steel and Composite Structures
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v.24
no.2
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pp.151-176
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2017
This paper deals with general equations of motion for free vibration analysis response of thick three-layer doubly curved sandwich panels (DCSP) under simply supported boundary conditions (BCs) using higher order shear deformation theory. In this model, the face sheets are orthotropic laminated composite that follow the first order shear deformation theory (FSDT) based on Rissners-Mindlin (RM) kinematics field. The core is made of orthotropic material and its in-plane transverse displacements are modeled using the third order of the Taylor's series extension. It provides the potentiality for considering both compressible and incompressible cores. To find these equations and boundary conditions, Hamilton's principle is used. Also, the effect of trapezoidal shape factor for cross-section of curved panel element ($1{\pm}z/R$) is considered. The natural frequency parameters of DCSP are obtained using Galerkin Method. Convergence studies are performed with the appropriate formulas in general form for three-layer sandwich plate, cylindrical and spherical shells (both deep and shallow). The influences of core stiffness, ratio of core to face sheets thickness and radii of curvatures are investigated. Finally, for the first time, an optimum range for the core to face sheet stiffness ratio by considering the existence of in-plane stress which significantly affects the natural frequencies of DCSP are presented.
A design procedure for a ship with minimum resistance had been developed using a numerical optimization method called SQP (Sequential Quadratic Programming) combined with computational fluid dynamics (CFD) technique. The frictional resistance coefficient was estimated by the ITTC 1957 model-ship correlation line formula and the wave-making resistance coefficient was evaluated by the potential-flow panel method with the nonlinear free surface boundary conditions. The geometry of the hull surface was represented and modified by B-spline surface modeling technique during the optimization process. The Series 60 ($C_B$=0.60) hull was selected as a parent hull to obtain an optimized hull that produces minimum resistance. The models of the parent and optimized hull forms were tested at calm water condition in order to demonstrate the validity of the proposed methodolgy.
The Vortex-In-Cell(VIC) method combined with panel method is applied to the analysis of incompressible unsteady viscous flow. The dynamics of resulting flow is governed by the vorticity transport equation in Lagrangian form with vortex particle representation of the flow field. A regular grid which is independent to the shape of a body is used for numerical evaluation based on immersed boundary technique. With an introduction of this approach, the development and validation of the VIC method is presented with some computational results for incompressible viscous flow around two or three dimensional bodies such as wing section, sphere, finite wing and marine propeller.
Kim, Y.G.;Rhyu, S.S.;Yoo, J.H.;Lew, J.M.;Hong, S.K.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.34
no.4
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pp.12-20
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1997
A potential-based panel method has been developed to investigate the resistance characteristics of a high speed catamaran advancing on the free surface. Normal dipoles and sources are distributed on the body surface while sources are distributed on the free surface. Linearised free surface conditions are used in the present analysis. To avoid the instabilities due to the velocity difference between inner and outer flow of a high speed catamaran, Kutta condition has been applied at the stern. Model test has been carried out not only to validate the numerical results but to confirm the capabilities of a CWC(Circulating Water Channel). It is believed that we can obtain the qualitatively reasonable results in the CWC. Computed results are compared with those of experiments and Insel's experimental values. Since the Kutta condition is applied at the stern, stable solutions are obtained at the high speed range. The present method, using linearised free surface conditions at the high speed range, seems to be a useful tool in the hull form design of a high speed catamaran.
Kim, Tae-Ik;Yoon, Ju-Yong;Choi, Byung-Keol;Park, Yong-Kyu;Lee, Dae Seek;Yoon, Gi-Won
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2021.11a
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pp.154-155
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2021
Appearance finish is important for amorphous buildings to maximize amorphousness, and GFRC, glass, and metal are mostly used as exterior materials for amorphous buildings currently applied. However, the existing exterior materials showed limitations in amorphous expression, texture, and color expression. In this study, a 3D stereoscopic panel mold was manufactured using the FDM method, one of the 3D printing technologies, and 3D stereoscopic panel production was reviewed using Ultra High Performance Concrete (UHPC), which has excellent physical and mechanical performance and expression. In order to overcome the limitations of unstructured expression, a UHPC 3D stereoscopic panel using the FDM method, one of the 3D printing technologies, was manufactured. Unlike steel molds, FRP molds, and EPS molds, the FDM method can be applied to various materials, and complex shapes are implemented. If it is used using recyclable materials as well as PLA filaments used in the FDM method, it will overcome the limitations of amorphous expression and activate the production of 3D stereoscopic panels that have secured eco-friendliness.
Korean Journal of Computational Design and Engineering
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v.19
no.2
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pp.91-102
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2014
The outer surface of an irregular structure contains panels with two-directional curvature called NURBS. To construct these forms of exterior materials, complex geometric surface should be divided into forms and sizes that can be manufactured and constructed. Because the bigger the curvatures of these divided exterior panel, the more expensive the construction costs, these complex two-directional curvatures should go through optimal process of reinterpretation to minimize the curved surfaces with complex two-directional curvatures. Yet, to gain higher ground in technological competition in the field of irregular structure construction, companies do not share know-how that they obtained. Accordingly, small construction and design companies have trouble calculating even rough estimate and cannot adjust expected construction cost based on comparison of design alternatives. Given this situation, this study conducted the research that can support decision-making in the design stage of the construction and provide basic material for optimal range to reduce manufacturing cost by the minimizing the distorted plane of the irregular structure.
Cho Hee-Jong;Lee Gyoung-Woo;Youn Soon-Dong;Chun Ho-Hwan
Journal of Navigation and Port Research
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v.29
no.7
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pp.603-609
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2005
This paper presents the method for developing an optimum hull form with minimum wave resistance using SQP( sequential quadratic programming) as an optimization technique. The wave resistance is evaluated by a Rankine source panel method with non-linear free surface conditions and the ITTC 1957 friction line is used to predict the frictional resistance coefficient. The geometry of the hull surface is represented and modified using NURBS(Non-Uniform Rational B-Spline) surface patches. To verify the validity of the developed program the numerical calculations for Wigley hull and Series 60 Cb=0.6 hull are performed and the results obtained after the numerical calculations are compared with the initial hulls.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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