• Geomechanics and Engineering
• /
• 제13권5호
• /
• pp.775-791
• /
• 2017

Surface wave techniques are widely used as non-invasive method for geotechnical site characterization. Field surface wave data are collected and analyzed using different processing techniques to generate the dispersion curves, which are further used to extract the shear wave velocity profile by inverse problem solution. Characteristics of a dispersion curve depend on the subsurface layering information of a vertically heterogeneous medium. Sometimes soft layer can be found between two stiff layers in the vertically heterogeneous media, and it can affect the wave propagation dramatically. Now most of the surface wave techniques use the fundamental mode Rayleigh wave propagation during the inversion, but this may not be the actual scenario when a soft layer is present in a vertically layered medium. This paper presents a detailed and comprehensive study using finite element method to examine the effect of soft layers which sometimes get trapped between two high velocity layers. Determination of the presence of a soft layer is quite important for proper mechanical characterization of a soil deposit. Present analysis shows that the thickness and position of the trapped soft layer highly influence the dispersion of Rayleigh waves while the higher modes also contribute in the resulting wave propagation.

• 대한토목학회논문집
• /
• 제26권2B호
• /
• pp.171-178
• /
• 2006

사행하는 하천에서 오염물질의 2차원 이송-분산 거동을 보다 정확하게 해석하기 위하여 유속장 특성을 반영하여 계산된 분산텐서를 포함하여 지배방정식을 구성하고 이에 대한 유한요소모형을 개발하였다. 본 연구에서 개발한 수치모형을 검증하기 위하여 직교 좌표계에서 45o 기울어진 직선 수로에서 연속 점오염원 문제를 모의한 결과, 분산텐서를 포함한 수치모형은 정확한 해를 제공함이 밝혀졌다. 사행수로에서 실제 오염물의 거동 모의에 있어서 본 모형의 적용성을 검증하기 위하여 수치모의 결과를 실험실 사행수로에서 수행된 추적자 실험결과와 비교하였다. 모의 결과 유속장이 반영된 분산텐서를 포함한 모형이 사행 수로에서와 같이 주 흐름방향이 주기적으로 변화하는 흐름장에서 오염운의 거동을 보다 정확하게 묘사함을 보였다.

• 한국해양공학회지
• /
• 제12권2호통권28호
• /
• pp.97-110
• /
• 1998

The numerical damping and dispersion error characteristics associated with difference schemes and a panel shift method used for the calculation of steady free surface flows by a panel method are an analysed in this paper. First, 12 finite difference operators used for the double model flow by Letcher are applied to a two dimensional cylinder with the Kelvin free surface condition and the numerical errors with these schemes are compared with those by the panel shift method. Then, 3-D waves due to a submerged source are calculated by the difference schemes, the panel shift method and also by a higher order boundary element method(HOBEM). Finally, the waves and wave resistance for Wigley's hull are calculated with these three schemes. It is shown that the panel shift method is free of numerical damping and dispersion error and performs better than the difference schemes. However, it can be concluded that the HOBEM also free of the numerical damping and dispersion error is the most stable, accurate and efficient.

• Water Engineering Research
• /
• 제4권1호
• /
• pp.45-58
• /
• 2003

Two-dimensional depth-averaged advection-dispersion equation was simulated using FEM. In the straight rectangular channel, the advection-dispersion processes are simulated so that these results can be compared with analyti-cal solutions for the transverse line injection and the point injection. In the straight domain the standard Galerkin method with the linear basis function is found to be inadequate to the advection-dispersion analysis compared to the upwind finite element scheme. The experimental data in the S-curved channel were compared with the result by the numerical model using SUPG(Streamline upwind Petrov-Galerkin) method.

• Steel and Composite Structures
• /
• 제43권1호
• /
• pp.31-54
• /
• 2022

This paper is concerned with the buckling behavior of functionally graded graphene reinforced porous nanocomposite beams based on the finite element method (FEM) using two variables trigonometric shear deformation theory. Both Young's modulus and material density of the FGP beam element are simultaneously considered as grading through the thickness of the beam. The finite element approach is developed using a nonlocal strain gradient theory. The governing equations derived here are solved introducing a 3-nodes beam element, and then the critical buckling load is calculated with different porosity distributions and GPL dispersion patterns. After a convergence and validation study to verify the accuracy of the present model, a comprehensive parametric study is carried out, with a particular focus on the effects of weight fraction, distribution pattern of GPL reinforcements on the Buckling behavior of the nanocomposite beam. The effects of various structural parameters such as the dispersion patterns for the graphene and porosity, thickness ratio, boundary conditions, and nonlocal and strain gradient parameters are brought out. The results indicate that porosity distribution and GPL pattern have significant effects on the response of the nanocomposite beams, and the results allows to identify the most effective way to achieve improved buckling behavior of the porous nanocomposite beam.

• 대한기계학회논문집A
• /
• 제41권11호
• /
• pp.1065-1075
• /
• 2017

본 연구는 고속충돌에 따른 파괴로 인하여 발생한 파편들의 분산거동을 예측하기 위해 고속충돌 실험과 함께 재료거동 모델링 및 수치해석을 수행하였다. 알루미늄 합금과 강철로 각각 구성된 2종류의 위협체 및 표적판에 대해 충돌실험을 수행하였으며 위협체는 약 1 km/s의 속력으로 표적판과 충돌하고, 이 충돌로 인하여 발생한 파편은 알루미늄 합금 관측판에 손상을 유발시키게 하였다. 사용된 소재의 차이에 의해 파편의 분산거동이 상이하였으며 이에 따라 관측판에 형성된 파편의 분산 반경 또한 다름을 확인하였다. 수치해석은 실험과 동일한 조건하에서 수행되었으며 파편으로 인한 파괴 및 손상을 모사하기 위하여 입자완화 유체동역학(smoothed particle hydrodynamics, SPH)기법과 유한요소(finite element, FE) 연계 기법을 적용하였다. 실험 측정된 결과와 해석값을 비교분석한 바, 표적판의 관통부 지름과 관측판상의 파편 분산반경은 5 % 이내의 오차로 잘 일치하였다. 아울러 강철 위협체와 강철 표적판이 충돌한 경우 가장 큰 분산반경을 보임에 따라 타 경우에 비해 가장 위협적임을 알 수 있었다.

• Smart Structures and Systems
• /
• 제21권2호
• /
• pp.195-205
• /
• 2018

Research on Lamb wave-based damage identification in plate-like structures depends on precise knowledge of dispersive wave velocity. However, boundary reflections with the same frequency of interest and greater amplitude contaminate direct waves and thus compromise measurement of Lamb wave dispersion in different materials. In this study, non-reflecting boundaries were proposed in both numerical and experimental cases to facilitate time-frequency characterization of Lamb wave dispersion. First, the Lamb wave equations in isotropic and laminated materials were analytically solved. Second, the non-reflecting boundaries were used as a series of frames with gradually increased damping coefficients in finite element models to absorb waves at boundaries while avoiding wave reflections due to abrupt property changes of each frame. Third, damping clay was sealed at plate edges to reduce the boundary reflection in experimental test. Finally, the direct waves were subjected to the slant-stack and short-time Fourier transformations to calculate the dispersion curves of phase and group velocities, respectively. Both the numerical and experimental results suggest that the boundary reflections are effectively alleviated, and the dispersion curves generated by the time-frequency analysis are consistent with the analytical solutions, demonstrating that the combination of non-reflecting boundary and time-frequency analysis is a feasible and reliable scheme for characterizing Lamb wave dispersion in plate-like structures.

• 한국소음진동공학회논문집
• /
• 제23권6호
• /
• pp.512-519
• /
• 2013

보강재를 가진 평판 구조로 이루어진 많은 구조물의 진동 현상을 해석하기 위해서는 평판 요소에 대한 진동 특성을 이해하는 것이 필요하다. 이 연구에서는 폭이 유한하고 길이가 무한한 띠 평판의 진동 특성을 이론 해석과 수치 해석을 통해 알아보고자 한다. 수치 해석 기법으로는 단면의 형상이 길이 방향으로 일정한 도파관 구조물의 진동 해석에 효과적인 도파관유한요소법(waveguide finite element method)을 사용한다. 도파관유한요소법은 구조물의 2차원 단면만을 유한요소 모델링하고, 길이 방향으로는 파동이 조화 진동하면서 전파한다고 가정한다. 이 논문에서는 먼저 띠 평판의 분산 선도와 가진점 모빌리티에 대한 수치 해석 결과를 이론 해석 결과와 비교하여 수치 해법의 타당성을 검증한다. 그리고 수치 해석을 이용해 보강재가 부착된 평판에 대한 분산 선도와 가진점 모빌리티를 구하고, 보강재가 띠 평판의 파동 전파 및 진동에 미치는 영향을 검토한다. 마지막으로 보강재가 부착된 이중 평판(double plate)에 대해 분산 선도를 구하고, 이로부터 파동 전파 특성을 살펴본다.

• 한국음향학회지
• /
• 제34권3호
• /
• pp.210-218
• /
• 2015

초음파 영상 품질의 향상을 위해 트랜스듀서의 구동전압을 높이게 되면 트랜스듀서에서 열이 발생하여 환자의 피부 화상 및 트랜스듀서의 성능 저하를 초래할 수 있다. 따라서, 이렇게 온도가 상승하지 않도록 트랜스듀서 내의 열을 효율적으로 분산할 수 있는 방안에 대해 연구하였다. 이때 열 분산 해석 대상으로 중심주파수가 3 MHz이고 32채널을 가진 위상배열 트랜스듀서를 선정하였다. 먼저 트랜스듀서의 동작에 따른 발열 구조를 이론적으로 분석하였고, 그 결과로서 재료의 감쇠와 음압의 크기가 발열에 영향을 미치는 것을 확인하였다. 나아가 유한요소 해석을 통해 트랜스듀서 구성소자의 물성이 열 분산에 미치는 영향을 분석하였다. 분석된 결과를 바탕으로 트랜스듀서 내 열이 잘 분산되기 위한 구성소자의 열물성을 정하였다. 도출된 열 물성을 유한요소 해석 모델에 적용한 결과 환자와 접촉되는 부분인 음향렌즈의 최고온도가 원래 값의 51 %로 저하되었다.

• 비파괴검사학회지
• /
• 제25권3호
• /
• pp.222-227
• /
• 2005

An efficient technique fur the calculation of guided wave dispersion curves in composite pipes is presented. The technique uses a forward-calculating variational calculus approach rather than the guess and iterate process required when using the more traditional partial wave superposition technique. The formulation of each method is outlined and compared. The forward-calculating formulation is used to develop finite element software for dispersion curve calculation. Finally, the technique is used to calculate dispersion curves for several structures, including an isotropic bar, two multi-layer composite bars, and a composite pipe.