Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.45
no.1
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pp.1-9
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2008
The free-surface motions interacting with structures are investigated numerically using the Moving Particle Semi-implicit (MPS) method proposed by Koshizuka et al. (1996) for solving incompressible flow. In the method, Lagrangian moving particles are used instead of Eulerian approach using grid system. Therefore the terms of time derivatives in Navier-Stokes equation can be directly calculated without any numerical diffusion or instabilities due to the fully Lagrangian treatment of fluid particles and topological failure never occur. The MPS method is applied to the numerical study on the fluid impact loads for wet-drop tests in a LNG tank, and the results are compared with experimental ones.
Computer simulation plays an important role for a theoretical foundation in convergence technology and the interpolation is to know the unknown values from known values on grid points. Therefore it is an important problem to select an interpolation method for digital simulation. The aim of this paper is to compare analysis of interpolation methods for digital simulation. we test six different interpolation methods namely: Quartic-Lagrangian, Cubic Spline, Fourier, Hermit, PWENO and SL-WENO. Through digital simulation of a linear advection equation, we analyse pros and cons for each method. In order to compare performance, we introduce accuracy computing and Error functions. The accuracy computing is used well-known $L^1-norm$ and the Error functions are dispersion function, dissipation function and total error function. High-order methods well apply to computer simulation, unfortunately, side-effects (Oscillation) happen.
In the persent study, we conducted numerical experiments using a three-dimensional baroclinic equation model and a Lagrangian method for clarifying the hydrodynamics in Osaka Bay under the yearly mean discharge and visualizing the behaviour of particles of different settling velocity discharged from Yodo River and sedimentation pattern on the sea bottom. Particles are transported from the Yodo River to the south direction by the residual circulation of the bay head at the first stage, and after most of suspended solids particles are settled down at any layer and returned in the south-east coastal area through bottom layers by an estuarine circulation. The results show that estuarine circulation plays an important part of suspended solids transportation in the Osaka Bay.
In this study, new integrated particle tracking algorithm was developed to reduce the inherent problem of Eulerian- Lagrangian method, or adverse effect of particle tracking error on mass balance error. The new integrated particle tracking algorithm includes numerical method, semi-analytical method, and analytical method which consider both temporal and spatial changes of velocity field during time step. Detail of mathematical derivations is well illustrated and four examples are made to verify through the comparison of the new integrated particle tracking with analytical solution or Runge-Kutta method. Additionally, It was shown that the there is better superiority of the new integrated particle tracking algorithm over other existing particle tracking method such as Lu's method.
Optimal design of raft-pile foundations is examined by combining finite element technique and the optimization approach. The piles and soil medium are modeled by three dimensional solid elements while the raft is modelled by shell elements. Drucker-Prager criterion is adopted for the soil medium while the raft and the piles are assumed to be linear elastic. For the optimization process, the approximate semi-analytical method is used for calculating constraint sensitivities and a constraint approximation method which is a combination of the extended Bi-point approximation and Lagrangian polynomial approximation is used for predicting the behaviour of the constraints. The objective function of the problem is the volume of materials of the foundation while the design variables are raft thickness, pile length and pile spacing. The generalized reduced gradient algorithm is chosen for solving the optimization process. It is demonstrated that the method proposed in this study is promising for obtaining optimal design of raft-pile foundations without carrying out a large number of analyses. The results are also compared with those obtained from the previous study in which linear analysis was carried out.
The nonlinear free-surface motions interacting with a floating body were investigated using the Moving Particle Semi-implicit (MPS) method proposed by Koshizuka and Oka [6] for incompressible flow. In the numerical method, more realistic Lagrangian moving particles were used for solving the flow field instead of the Eulerian approach with a grid system. Therefore, the convection terms and time derivatives in the Navier-Stokes equation can be calculated more directly, without any numerical diffusion, instabilities, or topological failure. The MPS method was applied to a numerical simulation of predicting the efficiency of floating-type breakwater interacting with waves.
In the present study, the numerical prediction of the oil amount leaked from the hole of a damaged tank is investigated using the improved MPS (Moving Particle Semi-implicit) method, which was originally proposed by Koshizuka and Oka (1996) for incompressible flow. The governing equations, which consist of the continuity and Navier-Stokes equations, are solved by Lagrangian moving particles, and all terms expressed by differential operators should be replaced by the particle interaction models based on a Kernel function. The simulation results are validated though the comparison with the analytic solution based on Torricelli's equilibrium relation. Furthermore, a series of numerical simulations under the various conditions are performed in order to estimate more accurately the initial amount of leaked oil.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.25
no.4
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pp.1-6
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1988
In this paper two-dimensional breaking waves of plunger type are numerically simulated both on an even bottom and on a sinusoidally-varying bottom within the framework of potential theory. Based on the boundary integral method derived by Vinje and Brevig, fluid particles on the free surface are treated exactly by using semi-Lagrangian time-stepping. Numerical instability, in particular when the wave front becomes vertical, is discussed and the regriding method of nodal points has been found promising. Numerical accuracy is examined in terms of the wave energy and mass conservations. It is also found that the bottom topography affects significantly and the hydrostatic pressure contributes considerably to the nonoscillating force acting on the bottom, when waves are breaking.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.30
no.2
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pp.86-97
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1993
A numerical method is developed for the nonlinear motion of two-dimensional wedges and axisymmetric-forced-heaving motion using Semi-Largrangian scheme under assumption of potential flows. In two-dimensional-problem Cauchy's integral theorem is applied to calculate the complex potential and its time derivative along boundary. In three-dimensional-problem Rankine ring sources are used in a Green's theorem boundary integral formulation to salve the field equation. The solution is stepped forward numerically in time by integrating the exact kinematic and dynamic free-surface boundary condition. Numerical computations are made for the entry of a wedge with a constant velocity and for the forced harmonic heaving motion from rest. The problem of the entry of wedge compared with the calculated results of Champan[4] and Kim[11]. By Fourier transform of forces in time domain, added mass coefficient, damping coefficient, second harmonic forces are obtained and compared with Yamashita's experiment[5].
In the current study, A model for the flow analysis of fresh and highly flowable concrete has been developed using a particle method, the moving particle semi-implicit (MPS) method. The phenomena on the flow of concrete has been considered as a visco-plastic flow problem, and the basic governing equation of concrete particle dynamics has been based on the Navier-Stokes equation in Lagrangian form and the conservation of mass. In order to formulate a visco-plastic flow constitutive law of fresh concrete, concrete is modeled as a highly viscous material in the state of non-flow and as a visco-plastic material in the state of flow after reaching the yield stress of fresh concrete. A flow test of fresh concrete in the L-box was simulated and the predicted flow was well matched with the experimental result. The developed method was well showed the flow motion of concrete particles because it was formulated to be based on the motion of visco-plastic fluid dynamics.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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