The spectral method which is composed of an eigenfunction expansion of free modes in the wave number domain is used to produce two dimensional unsteady inviscid wave simulation such as progressive waves in a numerical pneumatic wave tank. A spatial and time dependent free surface elevation and the potential are calculated by integrating ODE derived from fully nonlinear kinematic and dynamic free surface boundary condition at each time step. The nonlinear characteristics in the waves by this method were notable as increasing wave steepness. This method is very useful and powerful in terms of saving computational time caused by rapid convergence exponentially with increasing number of nodes, even preserving accurate numerical results. Moreover, it will given us many possibilities to apply to naval and ocean engineering fields.
깊이에 따른 지반의 전단파 속도(또는 전단탄성계수) 분포는 일반적인 지반 해석 설계 또는 지진해석과 같은 다양한 지반공학분야에서 사용되는 중요한 물성치이다. 이러한 지반의 전단파속도 주상도는 탄성파 탐사를 통해 결정할 수 있으며, 이를 위한 다양한 탄성파 탐사 방법이 연구개발 되어 있다. 표면파 탐사법은 모든 실험이 지표면에서 이루어지는 탄성파 탐사법들 중의 하나로서 현장 실험, 파장(또는 주파수)에 따른 표면 계측파의 위상속도 곡선인 분산곡선의 결정, 역산을 통한 대상 지반의 전단파 속도 주상도의 결정으로 동일하게 구성되어 있다. 본 논문에서는 표면파 실험을 위한 자동화된 역산 방법을 개발하였으며, 제안된 방법을 가장 최근에 개발된 표면파 탐사법들 중 하나인 HWAW(Harmonic Wavelet Analysis of Waves) 방법에 적용하였다. 제안된 방법에서는 새로운 오차함수를 제안하고 이를 이용한 유전자 알고리즘을 역산에 사용하였다. 제안된 방법의 타당성을 검토하고자 수치모의 실험과 현장 실험을 수행하였으며, 이를 통해 제안된 방법의 현장 적용성 및 타당성을 확인할 수 있었다.
The bow wave breaking and the viscous interaction of stern wave are studied by simulating the free-surface flows. The Navier-Stokes equation is solved by a finite difference method in which the body-fitted coordinate system, the wall function and the triple-grid system are invoked. After validation, the calculations are extended to turbulent flows. The wave elevation at the Reynolds number of $10^4$ is much less than that at $10^6$ although the Froude number is the same. The numerical appearance of the sub-breaking waves is qualitatively supported by experimental observation. They are also applied to study the stern flow of S-103 for which extensive experimental data are available. Although the interaction between separation and the stern wave generation are not yet clear, the effects of the bow wave on the development of the boundary layer flows are concluded to be significant.
Acoustic nonlinearity of surface waves is an effective method to evaluate the micro damage on the surface of materials. In this method, the $A_1$ (magnitude of the fundamental wave) and $A_2$ (magnitude of the second-order harmonic wave) are measured for evaluation of acoustic nonlinearity. However, if there is another source of second-order harmonic wave other than the material itself, the linear relationship between $A_1{^2}$ and $A_2$ will not be guaranteed. Therefore, the second-order harmonic generation by another source should be fully suppressed. In this paper, we investigated the initial second-order harmonic generation in narrowband surface waves by multi-line laser beams. The spatial profile of laser beam was considered in the cases of Gaussian and square-like. The temporal profile was assumed to be Gaussian. In case of Gaussian spatial profile, the generation of the initial second-order harmonic wave was inevitable. However, when the spatial profile was square-like, the generation of the initial second-order harmonic wave was able to be fully suppressed at specific duty ratio. These results mean that the multi-line laser beams of square-like profile with a proper duty ratio are useful to evaluate the acoustic nonlinearity of the generated surface waves.
Evaluating stiffness of near-surface materials has been one of the critically important tasks in many civil engineering works. It is the main goal of geotechnical characterization. The so-called deflection-response method evaluates the stiffness by measuring stress-strain behavior of the materials caused by static or dynamic load. This method, however, evaluates the overall stiffness and the stiffness variation with depth cannot be obtained. Furthermore, evaluation of a large-area geotechnical site by this method can be time-consuming, expensive, and damaging to many surface points of the site. Wave-propagation method, on the other hand, measures seismic velocities at different depths and stiffness profile (stiffness change with depth) can be obtained from the measured velocity data. The stiffness profile is often expressed by shear-wave (S-wave) velocity change with depth because S-wave velocity is proportional to the shear modulus. that is a direct indicator of stiffiiess. The crosshole and downhole method measures the seismic velocity by placing sources and receivers (geophones) at different depths in a borehole. Requirement of borehole installation makes this method also time-consuming, expensive, and damaging to the sites. Spectral-Analysis-of-Surface-Waves (SASW) method places both source and receivers at the surface, and records horizontally-propagating surface waves. Based upon the theory of surfacewave dispersion, the seismic velocities at different depths are calculated by analyzing the recorded surface-wave data. This method can be nondestructive to the sites. However, because only two receivers are used, the method requires multiple measurements with different field setups and, therefore, the method often becomes time-consuming and labor-intensive. Furthermore. the inclusion of noise wavefields cannot be handled properly, and this may cause the results by this method inaccurate. When multi-channel recording method is employed during the measurement of surface-waves, there are several benefits. First, usually single measurement is enough because multiple number (twelve or more) of receivers are used. Second, noise inclusion can be detected by coherency checking on the multi-channel data and handled properly so that it does not decrease the accuracy of the result. Third, various kinds of multi-channel processing techniques can be applied to f1lter unwanted noise wavefields and also to analyze the surface-wavefields more accurately and efficiently. In this way, the accuracy of the result by the method can be significantly improved. Fourth, the entire system of source, receivers, and recording-processing device can be tied into one unit, and the unit can be pulled by a small vehicle, making the survey speed very fast. In all these senses, multi-channel recording of surface waves is best suited for a routine method for geotechnical characterization in most of civil engineering works.
It is one of the basic problems of naval architecture and ocean engineering how to describe the wave kinematics normally under the assumption of an ideal fluid. At present, there are many wave theories available for design purposes. These can be classified into two groups: One is the analytic theory and the other is the numerical theory. This paper briefly introduces the stream function method of R.G. Dean which belongs to the latter group and shows its numerical evaluations exemplified for two cases: One is applied to observed waves and the other is for design waves. In the former case, the wave profiles are calculated by the stream function method and compared with those of the observed waves and also with the results of R.G. Dean. They show good agreement. In the latter case, the wave kinematics and wave loads on a column of diameter 1m are calculated by the stream function method and these are compared with those resulted from the 5th-order gravity wave theory. As a result of comparison the values by the stream function method are slightly larger than those by the 5th-order gravity wave theory but the difference are negligible. From this it is concluded that the stream function method is very useful. And as characteristics of the numerical theories, the stream function method of R.G. Dean can be easily extended to the higher order terms and can include easily the current velocity and the pressure distribution on the free surface. In addition, when the data of observed wave profile are given, this method can reproduced the observed wave profile as closely as possible so that this method seems to describe the ocean wave more realistically. And from standpoint of a mathematical principle the stream function method exactly satisfies the kinematic free-surface boundary condition.
일반적인 수직 다이폴 안테나에 대한 전자계 해석은 공간파 성분을 주로 다루고 있다. 하지만 공간파 성분만을 고려하띤 수산점이 매칠 표면에 가까울수록 수신 전계강도가 급격히 떨어진다. 본 논문에서는 이라한 문제점을 보완하기 위해 표면파 성분을 공간파 성분과 함께 고려하였다. 표변파 성분을 유도하기 위해 벡더 포텐셜을 각 스펙트럼으로 변환하여 해석하면 최종적인 전계식에 공간파 성분과 표면파 성분이 포함된다 이러한 최종전계식을 이용하여 해면에서 나타나는 표면파 영향을 분석하고 그래프를 통하여 해 면천파 현상에 영향을 미치는 요소에 대해 세부적으로 고찰하였다. 또한 이동 통신 주파수대인 880,2MHz에서의 측정값을 그래프를 통해 이론값과 비교함으로써 이론식의 타당성을 입증하였다.
In general, a method for generating irregular wave by combination of component waves obtained from linear wave theory is widely used. In these method, however, mean water surface elevation is rising from time to time because of nonlinear effect of wave. In this study, for the rising problem of mean water surface elevation and stabilization of calculation from time to time, mass transport velocity for horizontal velocity at wave source position is considered. The rising problem of mean water surface elevation is checked by comparing calculated wave profile from numerical technique proposed in this study with target wave profile at wave source position in numerical wave tank by using CADMAS-SURF code. And, by generating irregular wave, the validity of wave overtopping rate estimated from this numerical analysis is discussed by comparing computed results with measured results in hydraulic model experiments for vertical seawall located on a sloping sea bottom. As a results, the computations are validated against the previously experimental results by hydraulic model test and numerical results of this study and a good agreement is observed. Therefore, numerical technique of this study is a powerful tool for estimating wave overtopping rate over the crest of coastal structure.
In this study, the lift coefficient and wave deformations for a two-dimensional flat-plate in non-cavitating condition were computed using a closed-form (analytic) solution. This plate moves at a constant speed beneath a free surface in water of finite depth. The model represents the flat-plate using a lumped vortex element within the constraints of potential flow theory. The kinematic and dynamic free surface conditions were combined and linearized. This linearized free surface condition was then applied to get the total velocity potential. The method of images was utilized to account for the effects of finite depth in the calculations. The lift coefficient of the flat-plate and wave elevations on the free surface were calculated using the closed-form solution. The lift coefficients derived from the present analytic solution were validated by comparing them with Plotkin's method in the case of deep water. Wave elevations were also compared with those obtained from a numerical method. A comprehensive discussion on the impact of Froude number, submergence depth of flat-plate from the calm free surface, the angle of attack and the depths of finite bottom on the results - namely, lift coefficients and free surface deformations - is provided.
Zachry, Brian C.;Letchford, Chris W.;Zuo, Delong;Kennedy, Andrew B.
Wind and Structures
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제16권2호
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pp.193-211
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2013
This paper presents results from a wind tunnel study that examined the drag coefficient and wind flow over an asymmetric wave train immersed in turbulent boundary layer flow. The modeled wavy surface consisted of eight replicas of a statistically-valid hurricane-generated wave, located near the coast in the shoaling wave region. For an aerodynamically rough model surface, the air flow remained attached and a pronounced speed-up region was evident over the wave crest. A wavelength-averaged drag coefficient was determined using the wind profile method, common to both field and laboratory settings. It was found that the drag coefficient was approximately 50% higher than values obtained in deep water hurricane conditions. This study suggests that nearshore wave drag is markedly higher than over deep water waves of similar size, and provides the groundwork for assessing the impact of nearshore wave conditions on storm surge modeling and coastal wind engineering.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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