International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.13
no.1
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pp.718-733
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2021
A prediction method, based on the Morison equation as well as Froude-Krylov formula, is presented to simulate the loads acting on the columns and caissons of the semi-submersible platform induced by Internal Solitary Wave (ISW) respectively. Combined with the experimental results, empirical formulas of the drag and inertia coefficients in Morison equation can be determined as a function of the Keulegan-Carpenter (KC) number, Reynolds number (Re) and upper layer depth h1/h respectively. The experimental and calculated results are compared. And a good agreement is observed, which proves that the present prediction method can be used for analyzing the ISW-forces on the semi-submersible platform. Moreover, the results also demonstrate the layer thickness ratio has a significant effect upon the maximum horizontal forces on the columns and caissons, but both minimum horizontal and vertical forces are scarcely affected. In addition, the incoming wave directions may also contribute greatly to the values of horizontal forces exerted on the caissons, which can be ignored in the vertical force analysis.
In this paper, the fluctuating lift and drag forces on 5:1 rectangular cylinders with two different geometric scales in three turbulent flow-fields are investigated. The study is particularly focused on understanding the influence of the ratio of turbulence integral length scale to structure characteristic dimension (the length scale ratio). The results show that both fluctuating lift and drag forces are influenced by the length scale ratio. For the model with the larger length scale ratio, the corresponding fluctuating force coefficient is larger, while the spanwise correlation is weaker. However, the degree of influence of the length scale ratio on the two fluctuating forces are different. Compared to the fluctuating drag, the fluctuating lift is more sensitive to the variation of the length scale ratio. It is also found through spectral analysis that for the fluctuating lift, the change of length scale ratio mainly leads to the variation in the low frequency part of the loading, while the fluctuating drag generally follows the quasi-steady theory in the low frequency, and the slope of the drag spectrum at high frequencies changes with the length scale ratio. Then based on the experimental data, two empirical formulas considering the influence of length scale ratio are proposed for determining the lift and drag aerodynamic admittances of a 5:1 rectangular cylinder. Furthermore, a simple relationship is established to correlate the turbulence parameter with the fluctuating force coefficient, which could be used to predict the fluctuating force on a 5:1 rectangular cylinder under different parameter conditions.
The force coefficients of rotating plates in the acceleration stage will vary with rotation rate from 0 to stable rotation rate w0, which are important for quasi-steady theory of plate-like windborne debris to simulate the trajectory. In this paper, a wind tunnel experiment is carried out to study the effects of geometry and the Reynolds number on the variations of mean force coefficients of rotating plates. The rotational lift coefficients are sensitive to both geometry effect and Reynolds number effect, while the rotational drag and moment coefficients are only sensitive to geometry effect. In addition, new empirical formulas for the rotational lift coefficient and moment coefficients are proposed. Its accuracy is verified by comparing the predicted results with existing test data. Based on the experimental data of rotating plates, a new rotational force model for quasi-steady theory, which can be applied to a wider scope, is proposed to calculate the trajectory of plate-like windborne debris. The results show that the new model provides a better match with the tested trajectories than previous quasi-steady theories.
In this study, we conducted verification of key influencing factors during cone penetration testing using the developed Mini Cone Penetration Tester (Mini-CPT), and compared the experimental results with empirical formulas to validate the equipment. The Mini-CPT was designed to measure cone penetration resistance through a Strain Gauge, and the resistance values were calibrated using a Load Cell. Moreover, the influencing factors were verified using a model ground constituted in a soil box. The primary influencing factors examined were the boundary effect of the soil box, the distance between cone penetration points, and the cone penetration speed. For the verification of these factors, the experiment was conducted with the model ground having a relative density of 63.76% in the soil box. It was observed that the sidewall effect was considerably significant, and the cone penetration resistance measured at subsequent penetration points was higher due to the influence between penetration points. However, within the speed range considered, the effect of penetration speed was almost negligible. The measured cone penetration resistance was compared with predicted values obtained from literature research, and the results were found to be similar. It is anticipated that using the developed Mini-CPT for constructing model grounds in the laboratory will lead to more accurate geotechnical property data.
The bonding efficacy of steel I-section embedded in metakaolin-fly ash-based geopolymer concrete (MK-FA-GC) was investigated in this study. Push-out tests were conducted on nine column specimens to evaluate the influence of compressive strength of concrete, embedded length of steel I-section, thickness of concrete cover, and stirrup ratio on the bond performance. Failure patterns, load-slip relationships, bond strength, and distribution of bond stress among the specimens were analyzed. The characteristic bond strength of geopolymer concrete (GC) increased with higher compressive strength, longer embedded steel section length, thicker concrete cover, and larger stirrup ratio. Empirical formulas for bond strength at the loading end were derived based on experimental data and a bond-slip constructive model for steel-reinforced MK-FA-GC was proposed. The calculated bond-slip curves showed good agreement with experimental results. Furthermore, numerical simulations using ABAQUS software were performed on column specimens by incorporating the suggested bond-slip relationship into connector elements to simulate the interface behavior between MK-FA-GC and the steel section. The simulation results showed a good correlation with the experimental findings.
It is crucial to decide reasonably the parameters necessary for design through research on the characteristics of rock in order to analyze stability of rock structure. This article has conducted both pressure meter test, uniaxial and triaxial compression test to the areas of andesite or tuff located in local regions such as Yeosu, Gwangju, Yangsan, Busan, and Daejeon and has comparatively analyzed previously proposed estimative formulas. According to the result of estimating the deformation modulus through using the damping coefficient suggested by Nicholson & Bieniawski, when RMR is less than 60, it is desirable to use the result of the pressure meter test considering the damping coefficient. If the RMR value is over 60, however, the formula suggested by Kim Gyo-won has been proved to be the most applicable. Moreover, according to the result of comparing the RMR, adhesion, and angle of internal friction, both the adhesion and angle of internal friction best correspond to the formula proposed by Tsuchiya. Comparatively analyzing the relations between the rock deformation modulus and RMR and also suggesting the formula of calculating the shear strength parameter to use the RMR value, this study did not include the deformation modulus and shear strength parameter as factors to decide the RMR index. Since result can differ by several factors, it will be necessary afterwards to suggest practical estimative formulas applicable to the actual spots of Korea.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.19
no.3
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pp.194-204
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2007
A numerical analysis and hydraulic experiments were undertaken to investigate the head loss occurring when a flow passes through vertical perforated walls. The numerical analysis applied continuity, momentum and energy equations to the control volumes that were set near the perforated wall. Non-dimensional equations were then derived to calculate both upstream depth and head loss for the given values of downstream depth and velocity. The hydraulic experiments were performed with several single and triple perforated plates varying their opening ratios and intervals. The numerical results with the single plates were compared with the experimental results, and it was shown that the contraction coefficient of the vertical line jet formed after the perforated plates relies on downstream Froude number as well as opening ratio. Based on the experimental results, empirical formulas were formulated. Finally, the formulas were applied to the triple plates sequentially from downstream side to upstream side, and it was found that in general the predicted values nicely agreed with the experimental results.
Rheological characterization was examined for two different types of magenetic particle (rod-like $\gamma$-$Fe_{2}O_{3}$, $CrO_2$ )suspension in this study. The measured suspension viscosity (viscosity vs. concentration or shear rate) is used to obtain the dependence of viscous energy dissipation on the microstructural states of magnetic particle dispersions as well as the microstructural shape effects which are related to magnetic particle orientation. The empirical formulas from mean field theory and the Mooney equation are used to relate suspension viscosity to particle concentration. Intrinsic viscosities of these two different types of rod-like magnetic particle suspensions are found to exceed the prediction of hydrodynamic theory for dilute suspensions and support the existence of flocs containing significant amounts of immobilized suspending medium due to native attraction forces among particles in the microstructures.
The axial load on the concrete-filled steel tube (CFT) column produces confinement stress, which enhances strength of the core concrete. The amount of strength increase in concrete depends on the magnitude of produced confinement stress. From nonlinear analyses, the ultimate resisting capacity of the CFT columns subjected to axial loads was calculated. Nonlinear material properties such as Poisson's ratio and stress-strain relation were considered in the suggested model, and the maximum confining stress was obtained by multi axial yield criteria of the steel tube. This proposed model was verified by comparing the analytical results with experimental results. Then, regression analyses were conducted to predict the maximum confining stress according to D/t ratio and material properties without rigorous structural analysis. To ensure the validity of the suggested regression formula, various empirical formulas and Eurocode4 design code were compared.
The stress concentration of the integral welded attachments (IWA) often used to support piping system has been a big issue because it induces local stresses in piping. The method to evaluate local stresses associated with attachments on elbows has been suggested in EPRI TR-107453. However, there are limitations regarding specific parameters range in order to use correlation equation. In this paper, parametric study based on piping elbow size and attachment dimension was performed utilizing finite element analysis (FEA) to evaluate the secondary stress indices of hollow circular cross section welded attachments on piping elbows with the extended parameters range. The results of the FEA were used to develop correlation formulas for calculating secondary stress indices. The empirical equations in this study are suggested as an alternative evaluation method of EPRI TR-107453 by extending parameters range.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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