The paper involves the study on the elastic and elasto-plastic stress wave propagation in the 1-D and 2-D solid media. The Smooth Particle Hydrodynamics equations governing the elastic and elasto-plastic large deformation dynamic response of solid structures are presented. The proposed additional stress points are introduced in the formulation to mitigate the tensile instability inherent in the SPH approach. Both incremental rate approach and leap-frog algorithm for time integration are introduced and the new solution algorithm is developed and implemented. Two examples on stress wave propagation in aluminium bar and 2-D elasto-plastic steel plate are included. Results from the proposed SPH approach are compared with available analytical values and finite element solutions. The comparison illustrates that the stress wave propagation problems can be effectively solved by the proposed SPH method. The study shows that the SPH simulation is a reliable and robust tool and can be used with confidence to treat transient dynamics such as linear and non-linear transient stress wave propagation problems.
This study presents a new method to computes analytical fragility curves of a structure subject to tsunami waves. The method uses dynamic analysis at each stage of the computation. First, the smooth particle hydrodynamics (SPH) model simulates the propagation of the tsunami waves from shallow water to their impact on the target structure. The advantage of SPH over mesh based methods is its capability to model wave surface interaction when large deformations are involved, such as the impact of water on a structure. Although SPH is computationally more expensive than mesh based method, nowadays the advent of parallel computing on general purpose graphic processing unit overcome this limitation. Then, the impact force is applied to a finite element model of the structure and its dynamic non-linear response is computed. When a data-set of tsunami waves is used analytical fragility curves can be computed. This study proves it is possible to obtain the response of a structure to a tsunami wave using state of the art dynamic models in every stage of the computation at an affordable cost.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.14
no.3
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pp.532-537
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2011
This paper describes the development of SPH(Smooth Particle Hydrodynamics) scheme and integration into the multi-material shock physics code(ExLO) for the purpose of the application to the extreme large deformation problems. SPH numerical scheme has been extended into the fluid dynamics and the high-speed impact events, such as space structure protection against space debris and meteorite catering. Like other hydrocodes, SPH scheme also solves the conservation equations with the constitutive equation including equation of state. The benchmark problem, Taylor-Impact test, was simulated and the predictions show good agreements with both the published numerical data and experimental data. Currently, the contact treatment between materials is under development.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.26
no.1
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pp.9-15
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2014
It is not easy to analyze the behavior of a structural body composed of particles such as rocks using the finite element method facilitating typical element meshes because we cannot ignore the interactions among particles. In the study, we investigated the applicability of smooth particle hydrodynamics (SPH) element method for collision analysis of rock-berm by comparison with the conventional Lagrange method. As the result, SPH technique is expected to be capable of realistic simulation under collision analysis of material composed of particles.
The objectives of this study is to carry out Bird strike analysis and tests of a blade antenna of aircraft. FEMs (Finite Element Models) were created for the analysis, while dummy and real antennas were used for the bird strike tests. In the analysis, birds were modeled with SPH (Smooth Particle Hydrodynamics) method, and the behaviors of the bird, antenna, and joint structure between antenna and aircraft fuselage were simulated with the FSI (Fluid-Structure Interaction) method. After the bird strike test was performed, the results of the analysis and test showed that they had a positive relationship. The damage of antenna and bolted joint was checked, and the structural integrity of the airframe was proved.
A refined projection-based purely Lagrangian meshfree method is presented towards reliable numerical analysis of fluid flow interactions with saturated/unsaturated porous media of uniform/spatially-varying porosities. The governing equations are reformulated on the basis of two-phase mixture theory with incorporation of volume fraction. These principal equations of mixture are discretized in the context of Incompressible SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics) method. Associated with the consideration of governing equations of mixture, a new term arises in the source term of PPE (Poisson Pressure Equation), resulting in modified source term. The linear and nonlinear force terms are included in momentum equation to represent the resistance from porous media. Volume increase of fluid particles are taken into consideration on account of the presence of porous media, and hence multi-resolution ISPH framework is also incorporated. The stability and accuracy of the proposed method are thoroughly examined by reproducing several numerical examples including the interactions between fluid flow and saturated/unsaturated porous media of uniform/spatially-varying porosities. The method shows continuous pressure field, smooth variations of particle volumes and regular distributions of particles at the interface between fluid and porous media.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2000.04b
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pp.150-155
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2000
In this study, deformation analysis for solid-liquid coupled structure has been performed using explicit finite element program In order to model the behavior of liquid, SPH (Smooth Particle Hydrodynamics) algorithm was adopted. Crash test and simulation for the hydro-type impact energy absorber were given as an example of industrial application. The obtained good correlation between the test results and simulation reveals that the proposed method could be used effectively for the structural analysis of solid-liquid coupled problems
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.43
no.5
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pp.621-630
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2023
In this study, to investigate an energy reduction effect by field application of cylindrical baffle arrays, the 3D Debris flow numerical analysis was conducted with various baffle configurations for the simulation of a real-scale valley, where the cylindrical baffle arrays were installed. For this, the valley of the watershed was modeled using terrestrial LiDAR data from the real-scale experiment site. Numerical analysis simulated the flow behavior of debris flow and the structures using Smooth Particle Hydrodynamics (SPH) technique of ABAQUS (Ver. 2021). The numerical analysis results that the case without cylindrical baffle arrays had a similar velocity change to that of the real-scale experiment. Also, the installation of baffles significantly reduced the frontal velocity of debris flow. Furthermore, increasing the baffle height increased the downstream energy reduction because of the higher flow impedance of taller baffles.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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