The goal of this paper is to study decay properties of weak solutions to Cauchy problem of the non-stationary fractional Navier-Stokes equations. By using the Fourier splitting method, we give the time L2-decay rate of weak solutions, which reveals that L2-decay is generally determined by its linear generalized Stokes flow. In second part, we establish various decay results and the uniqueness of the two dimensional fractional Navier-Stokes flows. In the end of this article, as an appendix, the existence of global weak solutions is given by making use of Galerkin' method, weak and strong compact convergence theorems.
We present in this work a coupled phenomenological chemo-mechanical model that represents the degradation of concrete-like materials. The chemical behaviour is described by the nowadays well known simplified calcium leaching approach. And the mechanical damage behaviour is described by a continuum damage model which involves the gradient of the damage quantity. The coupled nonlinear problem at hand is addressed within the context of the finite element method. For the equation governing the calcium dissolution-diffusion part of the problem, special care is taken to treat the highly nonlinear calcium conductivity and solid calcium functions. The algorithmic design is based on a Newton-type iterative scheme where use is made of a recently proposed relaxed linearization procedure. And for the equation governing the damage part of the problem, an augmented Lagrangian formulation is used to take into account the damage irreversibility constraint. Finally, numerical simulations are compared with experimental results on cement paste.
This paper deals with the problem of the determination of the response of a viscoelastic Bernoulli-Navier beam, which is resting on an elastic medium. Assuming uniaxial bending, the displacement of the beam axis is governed by an integro-differential equation. The compatibility of the displacements between the beam and the elastic medium is imposed through an integral equation. In general and in particular in the case of a Boussinesq medium, the solution has to be pursued numerically. On the contrary, in the case of a Winkler's medium the compatibility equation becomes a linear finite relationship, which allows finding an original analytical solution of the problem for both hereditary and aging behavior of the beam. Some numerical examples complete the paper, in which a comparison is made between the hereditary and the aging model for the creep of the beam.
Ha, Yoon-Do;Kim, Min-Geun;Cho, Hyun-Gyu;Cho, Seon-Ho
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.44
no.2
s.152
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pp.130-138
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2007
A coupled variational equation for fluid-structure interaction (FSI) problems is derived from a steady state Navier-Stokes equation for incompressible Newtonian fluid and an equilibrium equation for geometrically nonlinear structures. For a fully coupled FSI formulation, between fluid and structures, a traction continuity condition is considered at interfaces where a no-slip condition is imposed. Under total Lagrange formulation in the structural domain, finite rotations are well described by using the second Piola-Kirchhoff stress and Green-Lagrange strain tensors. An adjoint shape design sensitivity analysis (DSA) method based on material derivative approach is applied to the FSI problem to develop a shape design optimization method. Demonstrating some numerical examples, the accuracy and efficiency of the developed DSA method is verified in comparison with finite difference sensitivity. Also, for the FSI problems, a shape design optimization is performed to obtain a maximal stiffness structure satisfying an allowable volume constraint.
As a circular cylinder has a comparatively simple shape and becomes a basic problem for flows around other various shapes of bodies, the problem of two-dimensional viscous flow around the circular cylinder has been investigated, both theoretically and experimentally. But not a few problems are left unsolved. It is well known that the calculations are successfully made with the approximations of Stokes or Oseen for very low Reynolds numbers, but as Reynolds number is increased, Oseen's approximations as well as Stokes's ones become more and more remote from the exact solution of the Navier-Stokes equations. Therefore, in this paper, the authors transform the Navier-Stokes equations into the finite difference equations in the steady two-dimensional viscous flow at Reynolds number up to 45, and then solve the solution of the Navier-Stokes equations numerically. Also, the authors examine the accuracy of the solution by means of flow visualization with aluminum powder. The main results are as follows; (1) The critical Reynolds number at which twin vortices begin to form in the rear of the circular cylinder is found to be 6 in the experiment and 4 in the numerical solution. (2) As Reynolds number is increased, it is proved that the ratio of the length of the twin vortices to the diameter is grown almost linearly, both experimentally and numerically. (3) Separation angle is also increased according to reynolds number. But it is found that it would converge into 101.3 degrees, both experimentally and numerically.
This paper presents incompressible Navier-Stokes solution algorithm for 2D Free-surface flow problems on the Cartesian mesh, which was implemented to run on Graphics Processing Units(GPU). The INS solver utilizes the variable arrangement on the Cartesian mesh, Finite Volume discretization along Constrained Interpolation Profile-Conservative Semi-Lagrangian(CIP-CSL). Solution procedure of incompressible Navier-Stokes equations for free-surface flow takes considerable amount of computation time and memory space even in modern multi-core computing architecture based on Central Processing Units(CPUs). By the recent development of computer architecture technology, Graphics Processing Unit(GPU)'s scientific computing performance outperforms that of CPU's. This paper focus on the utilization of GPU's high performance computing capability, and presents an efficient solution algorithm for free surface flow simulation. The performance of the GPU implementations with double precision accuracy is compared to that of the CPU code using an representative free-surface flow problem, namely. dam-break problem.
The existence of at least three weak solutions is established for a class of quasilinear elliptic equations involving the p(x)-biharmonic operators with Navier boundary value conditions. The technical approach is mainly based on a three critical points theorem due to Ricceri [11].
Iban, A.L.;Brownjohn, J.M.W.;Belver, A.V.;Lopez-Reyes, P.M.;Koo, K.
Wind and Structures
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v.17
no.3
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pp.263-274
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2013
A numerical technique for fluid-structure interaction, which is based on the finite element method (FEM) and computational fluid dynamics (CFD), was developed for application to an industrial chimney equipped with a pendulum tuned mass damper (TMD). In order to solve the structural problem, a one-dimensional beam model (Navier-Bernoulli) was considered and, for the dynamical problem, the standard second-order Newmark method was used. Navier-Stokes equations for incompressible flow are solved in several horizontal planes to determine the pressure in the boundary of the corresponding cross-section of the chimney. Forces per unit length were obtained by integrating the pressure and are introduced in the structure using standard FEM interpolation techniques. For the fluid problem, a fractional step scheme based on a second order pressure splitting has been used. In each fluid plane, the displacements have been taken into account considering an Arbitrary Lagrangian Eulerian approach. The stabilization of convection and diffusion terms is achieved by means of quasi-static orthogonal subscales. For each period of time, the fluid problem was solved and the geometry of the mesh of each fluid plane is updated according to the structure displacements. Using this technique, along-wind and across-wind effects have been properly explained. The method was applied to an industrial chimney in three scenarios (with or without TMD and for different damping values) and for two wind speeds, showing different responses.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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v.14
no.2
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pp.125-140
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2010
This paper develops a least-squares approach to the solution of the optimal control problem for the Navier-Stokes equations. We recast the optimality system as a first-order system by introducing velocity-flux variables and associated curl and trace equations. We show that a least-squares principle based on $L^2$ norms applied to this system yields optimal discretization error estimates in the $H^1$ norm in each variable.
Kim M.-H.;Lee G. S.;Choi J.-Y.;Kim K. S.;Kim S.-L.;Jeung I.-S.
한국전산유체공학회:학술대회논문집
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2001.05a
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pp.149-154
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2001
Parallel performance of a Myrinet based PC-cluster was tested and compared with a conventional Fast-Ethernet system. A preconditioned Navier-Stokes code was parallelized with domain decomposition technique, and used for the parallel performance test. Speed-up ratio was examined as a major performance parameter depending on the number of processor and the network topology. As was expected, Myrinet system shows a superior parallel performance to the Fast-Ethernet system even with a single network adpater for a dual processor SMP machine. A test for the dependency on problem size also shows that network communication speed is a crucial factor for parallelized computational fluid dynamics analysis and the Myrinet system is a plausible candidate for high performance parallel computing system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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