Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.29
no.4
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pp.114-131
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1992
In the present work, a two-dimensional boundary-value problem for a large amplitude motion is treated as an initial-value problem by satisfying the exact body-boundary and nonlinear free-surface boundary conditions. The present nonlinear numerical scheme is similar to that described by Vinje and Brevig(1981) who utilized the Cauchy's theorem and assumed the periodicity in the horizontal coordinate. In the present thesis, however, the periodicity in the horizontal coordinate is not assumed. Thus the present method can treat more realistic problems, which allow radiating waves to infinities. In the present method of solution, the original infinite fluid domain, is divided into two subdomains ; ie the inner and outer subdomains which are a local nonlinear subdomain and the truncated infinite linear subdomain, respectively. By imposing an appropriate matching condition, the computation is carried out only in the inner domain which includes the body. Here we adopt the nonlinear scheme of Vinje & Brevig only in the inner domain and respresent the solution in the truncated infinite subdomains by distributing the time-dependent Green function on the matching boundaries. The matching condition is that the velocity potential and stream function are required to be continuous across the matching boundary. In the computations we used, if necessary, a regriding algorithm on the free surface which could give converged stable solutions successfully even for the breaking waves. In harmonic oscillation problem, each harmonic component and time-mean force are obtained by the Fourier transform of the computed forces in the time domain. The numerical calculations are made for the following problems. $\cdot$ Forced harmonic large-amplitude oscillation(${\omega}{\neq}0,\;U=0$) $\cdot$ Translation with a uniform speed(${\omega}=0,\;U{\neq}0$) The computed results are compared with available experimental data and other analytical results.
Numerical simulation is performed to understand the structural behavior of an underground radwaste repository, assumed to be located at the depth of 500 m, in a granitic rock mats, in which a fault intersects the roof of the repository cavern. Two dimensional universal distinct element code, UDEC is used in the analysis. The numerical model includes a granitic rock mass, a canister with PWR spent fuels surrounded by the compacted bentonite inside the deposition hole, and the mixed bentonite backfilled in the rest of the space within the repository cavern. The structural behavior of three different cases, each case with a fault of an angle of $33^{\circ},\;45^{\circ},\;and\;58^{\circ}$ passing through the cavern roof-wall intersection, has been compared. And then fro the case with the $45^{\circ}$ fault, the hydro-mechanical, thermo-mechanical, and thermo-hydro-mechanical interaction behavior have been studied. The effect of the time-dependent decaying heat, from the radioactive materials in PWR spent fuels, on the repository and its surroundings has been studied. The groundwater table is assumed to be located 10m below the ground surface, and a steady state flow algorithm is used.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.36
no.4
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pp.137-146
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1999
Inspection becomes to be important in the safety of structure and economical viewpoint, because structural damage accompanies lots of economical cost and social problems. Especially ship structure is composed of a lot of members and it is impossible to inspect all members continuously. The purpose of this paper is to get optimal inspection plan containing inspection time and method. Crack is one of major modes on the structural failure and can lead to collapse of structure. In this paper, the deteriorating process, which contains inspection to detect the crack before the propagation to large crack, is idealized as Markov chain model. Genetic algorithm is also used to accomplish the optimization of inspection plan. Especially, the probabilistic characteristics of cracks are changed, because ship is operating in corrosive environments and the scantling of structural members is reduced due to corrosion. Non-stationary Markov chain model is used to represent the process of corrosion in structural members. In this paper, the characteristics of indivisual inspection plan are compared by numerical examples for the change of corrosion rate, the cost due to scheduled system down and target failure probability. From the numerical example, it can be seen that the improvement of fatigue life for the members with short fatigue life is the most effective way in order to reduce total maintenance cost.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.23
no.1
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pp.81-94
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2010
This paper deals with the fracture simulation of UHPFRC girder with the interface type model. Based on the existing numerical simulation of quasi-brittle fracture in normal strength concrete, constitutive modeling for UHPFRC I-girder has been improved by including a tensile hardening at the failure surface. The finite element formulation is based on a triangular unit, constructed from constant strain triangles, with nodes along its sides and neither at the vertex nor the center of the unit. Fracture is simulated through a hardening/softening fracture constitutive law in tension, a softening fracture constitutive law in shear as well as in compression at the boundary nodes, with the material within the triangular unit remaining linear elastic. LCP is used to formulate the path-dependent hardening-softening behavior in non-holonomic rate form and a mathematical programming algorithm is employed to solve the LCP. The piece-wise linear inelastic yielding-failure/failure surface is modeled with two compressive caps, two Mohr-Coulomb failure surfaces, a tensile yielding surface and a tensile failure surface. The comparison between test results and numerical results indicates this method effectively simulates the deformation and failure of specimen.
In this study, the explicit numerical algorithm was proposed to simulate the stress erection process and ultimate-load analysis of the strarch (stressed arch) system. The strarch system is a unique and innovative structural system and member prestress comprising prefabricated plane truss frames erected through a post-tensioning stress erection procedure. The flexible bottom chord, which has sleeve and gap details, is closed by the reaction force of the prestressing tendon. The prestress imposed on the tendon will enable the strarch system to be erected. This post-tensioning process is called "stress erection process." During this process, plastic rigid-body rotation occurs to the flexible top chord due to the excessive amount of plastic strain, and the structural characteristic is unstable. In this study, the dynamic relaxation method (DRM) was adopted to calculate the nonlinear equilibrium equation of the system, and a displacement-based finite-element-formulated filament beam element was used to simulate the nonlinear behavior of the top chord sections of the strarch system. The section of the filament beam element was composed by the amount of filaments, which can be modeled by various material models. The Ramberg-Osgood and bilinear kinematic elastic plastic material models were formulated for the nonlinear material behaviors of the filaments. The numerical results that were obtained in the present study were compared with the experiment results of the stress erection and with the results of the ultimate-load analysis of the strarch unit frame. The results of the present studies are in good agreement with the previous experiment results, and the explicit DRM enabled the analysis of the post-buckling behaviors of the strarch unit frame.
Park Chan-kuk;Chu Byeong-gil;Kim chol;Jung Jai-hwan
Journal of the Korean Institute of Gas
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v.2
no.1
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pp.28-39
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1998
This study investigated the natural convection and radiation in a rectangular enclosure with ceiling vent experimentally and numerically. A heat source is located on the center of the bottom surface. The analysis was peformed a pure convection and is combination of natural convection and radiation. The shape of the considered two dimensional model is a square whose center of ceiling($30\%$) is opened. The numerical simulations are carried out for the pure natural convection case and the combined heat transfer case by using the SIMPLE algorithm. For the turbulent flow, Reynolds stresses are closed by the standard $k-{\epsilon}$ model and the wall function is used to determine the wall boundary conditions. The experiment was performed on the same geometrical shape as the computations. The radiative heat transfer is analized by the S-N discrete ordinates method. The results of pure natural convection are compared with those of combined heat transfer by the velocity vectors, stream lines, isothermal lines. The results obtained are as follows 1. Comparing the results of pure convection with those of the combined convection-radiation through the shape of stream lines, isothermal lines are similar to each other. 2. The temperature fields obtained by numerical method are compared to those obtained by experimental one, and it is found that they are showed mean relative error $8.5\%$. 3. Visualization bt smoke is similar to computational results.
This study is to assess the applicability of the Extreme Forecast Index (EFI) algorithm of the ECMWF seasonal forecast system to the Global Seasonal Forecasting System version 5 (GloSea5), operational seasonal forecast system of the Korea Meteorological Administration (KMA). The EFI is based on the difference between Cumulative Distribution Function (CDF) curves of the model's climate data and the current ensemble forecast distribution, which is essential to diagnose the predictability in the extreme cases. To investigate its applicability, the experiment was conducted during the heat-wave cases (the year of 1994 and 2003) and compared GloSea5 hindcast data based EFI with anomaly data of ERA-Interim. The data also used to determine quantitative estimates of Probability Of Detection (POD), False Alarm Ratio (FAR), and spatial pattern correlation. The results showed that the area of ERA-Interim indicating above 4-degree temperature corresponded to the area of EFI 0.8 and above. POD showed high ratio (0.7 and 0.9, respectively), when ERA-Interim anomaly data were the highest (on Jul. 11, 1994 (> $5^{\circ}C$) and Aug. 8, 2003 (> $7^{\circ}C$), respectively). The spatial pattern showed a high correlation in the range of 0.5~0.9. However, the correlation decreased as the lead time increased. Furthermore, the case of Korea heat wave in 2018 was conducted using GloSea5 forecast data to validate EFI showed successful prediction for two to three weeks lead time. As a result, the EFI forecasts can be used to predict the probability that an extreme weather event of interest might occur. Overall, we expected these results to be available for extreme weather forecasting.
A mathematical model comprised with eight simultaneous quasi-linear partial differential equations was suggested to provide optimal chlorination strategy. Upstream weighted finite element method was employed to construct multidimensional numerical code. The code was verified against measured concentrations in three type of reactors. Boundary conditions and reaction rate were calibrated for the sixteen cases of experimental results to regenerate the measured values. Eight reaction rate coefficients were estimated from the modeling result. The reaction rate coefficients were expressed in terms of pH and temperature. Automatic optimal algorithm was invented to estimate the reaction rate coefficients by minimizing the sum of squares of the numerical errors and combined with the model. In order to minimize the concentration of chlorine and pollutants at the final usage sites, a real-time predictive control system is imperative which can predict the water quality variables from the chlorine disinfection process at the water purification plant to the customer by means of a model and operate the disinfection process according to the influent water quality. This model can be used to build such a system in water treatment plants.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.35
no.4
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pp.215-226
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2022
Significant efforts have been devoted to developing high-performance composite materials by emulating the structure of biological creatures with superior mechanical characteristics. Nacre has been one of the most sought-after natural structures due to its exceptional fracture toughness compared with the constituent materials. However, the effect of manipulating the nacre-like geometry on the impact performance has not been fully investigated thus far. In this study, composites of randomly manipulated nacreous geometry are numerically developed and the impact performance is analyzed. We develop an algorithm by which the planar area of platelets in the nacre-like design is randomly resized. Thereafter, the numerical models of nonuniform nacre-patterned multi-layer structures are developed and the drop-weight impact simulation is performed. The impact behaviors of the model are evaluated by using the ratio of absorbed energy, the von Mises stress distribution, and the impact force-time curve. Therefore, the effect of the geometric irregularity on the nacre-patterned design is elucidated. This insight can be efficiently utilized in establishing the optimum design of the nacre-patterned structure.
The standard l1-norm regularization is recently introduced for impact force identification, but generally underestimates the peak force. Compared to l1-norm regularization, lp-norm (0 ≤ p < 1) regularization, with a nonconvex penalty function, has some promising properties such as enforcing sparsity. In the framework of sparse regularization, if the desired solution is sparse in the time domain or other domains, the under-determined problem with fewer measurements than candidate excitations may obtain the unique solution, i.e., the sparsest solution. Considering the joint sparse structure of impact force in temporal and spatial domains, we propose a general lp-norm (0 ≤ p < 1) regularization methodology for simultaneous identification of the impact location and force time-history from highly incomplete measurements. Firstly, a nonconvex optimization model based on lp-norm penalty is developed for regularizing the highly under-determined problem of impact force identification. Secondly, an iteratively reweighed l1-norm algorithm is introduced to solve such an under-determined and unconditioned regularization model through transforming it into a series of l1-norm regularization problems. Finally, numerical simulation and experimental validation including single-source and two-source cases of impact force identification are conducted on plate structures to evaluate the performance of lp-norm (0 ≤ p < 1) regularization. Both numerical and experimental results demonstrate that the proposed lp-norm regularization method, merely using a single accelerometer, can locate the actual impacts from nine fixed candidate sources and simultaneously reconstruct the impact force time-history; compared to the state-of-the-art l1-norm regularization, lp-norm (0 ≤ p < 1) regularization procures sufficiently sparse and more accurate estimates; although the peak relative error of the identified impact force using lp-norm regularization has a decreasing tendency as p is approaching 0, the results of lp-norm regularization with 0 ≤ p ≤ 1/2 have no significant differences.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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