Here we present a study of small-amplitude, shallow water waves on sloping beds. The beds considered in this analysis are linear and quadratic in nature. First we start with stating the relevant governing equations and boundary conditions for the theory of water waves. Once the complete prescription of the water-wave problem is available based on some assumptions (like inviscid, irrotational flow), we normalize it by introducing a suitable set of non-dimensional variables and then we scale the variables with respect to the amplitude parameter. This helps us to characterize the various types of approximation. In the process, a summary of equations that represent different approximations of the water-wave problem is stated. All the relevant equations are presented in rectangular Cartesian coordinates. Then we derive the equations and boundary conditions for small-amplitude and shallow water waves. Two specific types of bed are considered for our calculations. One is a bed with constant slope and the other bed has a quadratic form of surface. These are solved by using separation of variables method.
This paper presents the effect of axial stretching on large amplitude free vibration of an extensible suspended cable supported at the same level. The model formulation developed in this study is based on the virtual work-energy functional of cables which involves strain energy due to axial stretching and work done by external forces. The difference in the Euler equations between equilibrium and motion states is considered. The resulting equations govern the horizontal and vertical motion of the cables, and are coupled and highly nonlinear. The solution for the nonlinear static equilibrium configuration is determined by the shooting method while the solution for the large amplitude free vibration is obtained by using the second-order central finite difference scheme with time integration. Numerical examples are given to demonstrate the vibration behaviour of extensible suspended cables.
Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.12
no.3
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pp.165-172
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2009
A set of equations for description of transformation of harmonic waves is proposed here. Velocity potential function and separation of variables are introduced for the derivation. The continuity equation is in a vertical plane is integrated through the water so that a horizontal one-dimensional wave equation is produced. The new equation composed of the complex velocity potential function, further be modified into. A set up of equations composed of the wave amplitude and wave phase gradient. The horizontally one-dimensional equations on the wave amplitude and wave phase gradient are the first and second-order ordinary differential equations. They are solved in a one-way marching manner starting from a side where boundary values are supplied, i.e. the wave amplitude, the wave amplitude gradient, and the wave phase gradient. Simple spatially-centered finite difference schemes are adopted for the present set of equations. The equations set is applied to three test cases, Booij's inclined plane slope profile, Massel's smooth bed profile, and Bragg's wavy bed profile. The present equations set is satisfactorily verified against existing theories including Massel's modified mild-slope equation, Berkhoff's mild-slope equation, and the full linear equation.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.40
no.5
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pp.36-42
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2003
A CFD simulation technique has been developed to handle the unsteady body motion with large amplitude by use of overlapping multi-block grid system. The three-dimensional, viscous and incompressible flow around body is investigated by solving the Navier-Stokes equations, and the motion of body is represented by moving effect of the grid system. Composite grid system is employed in order to deal with both the body motion with large amplitude and the condition of numerical wave maker in convenience at the same time. The governing equations, Navier-Stokes (N-S) and continuity equations, are discretized by a finite volume method, in the framework of an O-H type boundary-fitted grid system (inner grid system including test model) and a rectangular grid system (outer grid system including simulation equipments for generation of wave environments). If this study, several flow configurations, such as an oscillating cylinder with large KC number, are studied in order to predict and evaluate the hydrodynamic forces. Furthermore, the motion simulation of a Series 60 model advancing in a uniform flow under the condition of enforced roll motion of angle 20$^{\circ}$ is performed in the developed numerical wave tank.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.2
no.3
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pp.62-68
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1978
The influences of the large amplitude free vibrations of simply supported Timoshenko beams with ends restrained to remain a fixed distance apart and with no axial restraints, which cause a longitudinal elastic force and a longitudinal inertia force, respectively, are investigated. The equations of motion derived by an appropriate linearizarion of the nonlinear strain- displacement relation have nonlinear terms arising from large curvature, longitudinal elastic force and longitudinal inertia force. The fourth order nonlinear partial differential equations for the deflection, can be reduced to the nonlinear ordinary differential equations by means of Galerkin procedure and a modal expansion. The general response and frequensy-amplitude relations are derived by the perturbation method of strained parameters. Comparison with previously published results is made.
The Journal of the Society of Korean Medicine Diagnostics
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v.17
no.1
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pp.63-76
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2013
The aims of this study are to investigate a logisitic regression equation of the vacuous pulse and the replete pulse for efficacy evaluation of clip-type pulsimeter by using magnetic Hall device. To evaluate the efficacy of clip-type pulsimeter by using magnetic Hall device as sensing the minute movement of a radial artery, one research clinical trial have been performed. The number of subject was 120, the clinical data of patients did treated with a normal statistical method. The systolic peak amplitude, the reflective peak amplitude and time, and the notch peak amplitude and time are analyzed major efficacy parameters to discern the vacuous pulse and the replete pulse. The equations included of five parameters such as systolic peak amplitude, the reflective peak amplitude and time, and the notch peak amplitude and notch amplitude time for determination of the vacuous pulse and the replete pulse were deducted by statistical logistic regression method. It suggests that the logistic regression equations are possible to develop the oriental algorithm for pulse diagnosis.
The interface between fluids of different densities is unstable under acceleration by a shock wave. A previous small amplitude linear theory for the compressible Euler equation failed to provide a quantitatively correct prediction for the growth rate of the unstable interface. In this paper, to include dominant nonlinear effects in a large amplitude regime, we present high-order perturbation equations of the Euler equation, and boundary conditions for the contact interface and shock waves.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.4
no.3
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pp.161-167
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1992
We consider the preparation of long finite amplitude nondispersive waves over a step bottom between two regions of finite different depths. Two dimensional motion is assumed. with the wave crests parallel to the step, and irrotational flow in the inviscid fluid is considered. To describe the transformation of finite amplitude waves we use the finite-amplitude shallow-water equations, the conditions of mass flow conservation and pressure continuity at the cut above the step in Riemann's variables. The equations define four families of curves-characteristics on which the values of the Riemann's invariants remain constant and a system of two nonlinear equations that relates the amplitudes of incident reflected and transmitted waves. The system obtained is difficult to analyze in common form. Thus we consider some special cases having practical usage for tsunami waves. The results obtained are compared with the long wave theory and significant nonlinear effects are found even for quite small amplitude waves.
In this research, the dynamic stability and nonlinear vibration behavior of a smart rotating sandwich cylindrical shell is studied. The core of the structure is a functionally graded material (FGM) which is integrated by functionally graded piezoelectric material (FGPM) layers subjected to electric field. The piezoelectric layers at the inner and outer surfaces used as actuator and sensor, respectively. By applying the energy method and Hamilton's principle, the governing equations of sandwich cylindrical shell derived based on first-order shear deformation theory (FSDT). The Galerkin method is used to discriminate the motion equations and the equations are converted to the form of the ordinary differential equations in terms of time. The perturbation method is employed to find the relation between nonlinear frequency and the amplitude of vibration. The main objective of this research is to determine the nonlinear frequencies and nonlinear vibration control by using sensor and actuator layers. The effects of geometrical parameters, power law index of core, sensor and actuator layers, angular velocity and scale transformation parameter on nonlinear frequency-amplitude response diagram and dynamic stability of sandwich cylindrical shell are investigated. The results of this research can be used to design and vibration control of rotating systems in various industries such as aircraft, biomechanics and automobile manufacturing.
Effects of viscoelastic foundation on vibration of curved-beam structure with clamped and simply-supported boundary conditions is investigated in this study. In doing so, a micro-scale laminate composite beam with two piezoelectric face layer with a carbon nanotube reinforces composite core is considered. The whole beam structure is laid on a viscoelastic substrate which normally occurred in actual conditions. Due to small scale of the structure non-classical elasticity theory provided more accurate results. Therefore, nonlocal strain gradient theory is employed here to capture both nano-scale effects on carbon nanotubes and microscale effects because of overall scale of the structure. Equivalent homogenous properties of the composite core is obtained using Halpin-Tsai equation. The equations of motion is derived considering energy terms of the beam and variational principle in minimizing total energy. The boundary condition is assumed to be clamped at one end and simply supported at the other end. Due to nonlinear terms in the equations of motion, semi-analytical method of general differential quadrature method is engaged to solve the equations. In addition, due to complexity in developing and solving equations of motion of arches, an artificial neural network is design and implemented to capture effects of different parameters on the inplane vibration of sandwich arches. At the end, effects of several parameters including nonlocal and gradient parameters, geometrical aspect ratios and substrate constants of the structure on the natural frequency and amplitude is derived. It is observed that increasing nonlocal and gradient parameters have contradictory effects of the amplitude and frequency of vibration of the laminate beam.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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