The authors suggest the algorithm for the static analysis of a three dimensional solid structure by using the finite element-transfer stiffness coefficient method (FE-TSCM) and the hexahedral element of the finite element method (FEM). MATLAB codes were made by both FE-TSCM and FEM for the static analysis of three dimensional solid structure. They were applied to the static analyses of a very thick plate structure and a three dimensional solid structure. In this paper, as we compare the results of FE-TSCM with those of FEM, we confirm that FE-TSCM introducing the hexahedral element for the static analysis of a three dimensional solid structure is very effective from the viewpoint of the computational accuracy, speed, and storage.
본 논문에서는 유한요소법과 경계요소법을 결합하여 기하학적으로 급변 부위가 있는 이차원 탄성 정적 문제에 대하여 효율적이고 정확한 해석 결과를 얻기 위한 유한요소법과 경계요소법의 근사 결합 방법을 제시한다. 이차원 문제의 유한요소로서는 3절점, 4절점 평면응력 요소를 적용하고, 이차원 문제의 경계요소로는 3절점 경계요소를 적용한다. 모델링 단계에서는 우선 전체 해석 대상을 유한요소로 모델링한 후에 기학학적 급변 부위를 경계요소로 모델링 하는데, 유한요소의 모델링을 위하여 정의된 절점을 이용하여 경계요소를 정의한다. 해석 단계에서는 전체 해석 대상에 대하여 유한요소 해석을 우선적으로 수행하고, 이후에 경계요소 해석을 자동으로 수행하는데, 경계부에서의 경계조건은 유한요소 해석 결과인 변위 조건과 응력 조건을 적용한다. 수치예제로서 이차원 탄성 정적 문제인 균열이 있는 평판에 대한 해석 결과를 제시하고 고찰한다.
A new control volume finite element method is proposed for three dimensional analysis of polymer flow. Tetrahedral finite element is employed and co-located interpolation procedure for pressure and velocity is implemented. Inclusion of pressure gradient term in the velocity shape functions prevents the checkerboard pressure field from being developed. Vectorial nature of pressure gradient is considered in the velocity shape function so that velocity profile in the limit of very small Reynolds number becomes physically meaningful. The proposed method was verified through three dimensional simulation of pipe flow problem for Newtonian and power-law fluid. Calculated pressure and velocity field showed an excellent agreement with analytic solutions for pressure and velocity. Driven-cavity problem, which is reported to yield checkerboard pressure filed when conventional finite element method is applied, could be solved without yielding checkerboard pressure field when the proposed control volume finite element method was applied. The proposed method could be successfully applied to the three dimensional mold filling problem.
A lot of investigations have been made in recent years on the equal channel angular pressing (ECAP) which produces ultra-fine grains. The finite element method has been used to investigate this issue. In this paper, pure-Zirconium is considered far ECAP process by three dimensional finite element analysis. The effects of fiction on the deformation behavior have been investigated and compared with two dimensional finite element analysis.
Finite element alternating method has been suggested and used effectively to obtain the fracture parameters in assessing the integrity of cracked structures. The method obtains the solution from alternating independently between the FEM solution for an uncracked body and the crack solution in an infinite body. In the paper, the finite element alternating method is extended in order to obtain the elastic-plastic stress fields of a three dimensional inner crack. The three dimensional crack solutions for an infinite body were obtained using symmetric Galerkin boundary element method. As an example of a three dimensional inner crack, a penny-shaped crack in a finite body was analyzed and the obtained elastc-plastic stress fields were compared with the solution obtained from the finite element analysis with fine mesh. It is noted that in the region ahead of the crack front the stress values from FEAM are close to the values from FEM. But large discrepancy between two values is observed near the crack surfaces.
A post-processor is developed to be effectively usable in the personal computer. 3-dimensional controur lines are shown on the surface of the finite element model and also on the 3-dimensional cutting plane, using the function linearly interpolated onto the triangular elements which are constructed on the surface or sectional polygons. And these polygons are originated from the finite element model, 3-dimensional model is projected on the plane with hidden line removal by comparision technique[6]. The graphic data file is used to increase the protability of the program. It is easy to use in the other computer system if the graphic routine adopted that computer system is developed. The developed program has wide applications in 3-dimensional finite element analysis.
This study evaluates the behavior and strength of an anchorage zone of the prestressed concrete box girder bridge on the Kyungboo highway railroad using the 2D SUB-3D STM approach and a linear elastic finite element analysis. The 2D SUB-3D STM approach utilizes several two-dimensional sub strut-tie models that represent the compressive and tensile stress flows of each projected plane of the three-dimensional structural concrete in the selection of a three dimensional strut-tie model, evaluation of the effective strengths of the concrete struts, and verification of the geometric compatibility condition and bearing capacity of the critical nodal zones in the selected three-dimensional strut-tie model. The finite element analysis uses an 8-node brick element and the longitudinal prestressing force is considered as the equivalent nodal force. Analysis results show that the 2D SUB-3D STM approach and linear elastic finite element method can be effectively applied to the analysis and design of three-dimensional structural concrete including a prestressed concrete box girder anchorage zone.
The backward tracing scheme of the finite element analysis, which is counted to be unique and useful for process design in metal forming, has been developed and applied successfully in industry to several metal forming processes. Here the backward tracing scheme is implemented for process design of three-dimensional plastic deformation in metal forming, and it is applied to a precision coining process. The contact problem between the die and workpiece has been treated carefully during backward tracing simulation in three-dimensional deformation. The results confirm that the application of the developed program implemented with backward tracing scheme of the rigid plastic finite element leads to a reasonable initial piercing hole configuration. It is concluded that three-dimensional extension of the scheme appears to be successful for industrial applications.
Global postbuckling analysis is accomplished for one-dimensional and two-dimensional delaminations. A new finite element model, which can be used to model the global postbuckling analysis of one-dimensional and two-dimensional delaminations, is presented. In order to calculate the strain energy release rate, geometrically nonlinear analysis is accomplished, and the incremental crack closure technique is introduced. To check the effectiveness of the finite element models and the incremental crack closure technique, the simplified closed-form sloution for a through-the-width delamination with plane strain condition is derived and compared with the finite element result. The finite element results show good agreement with the closed-foul1 solutions. The present method was extended to calculate the strain energy release rate for two-dimensional delamination. For a symmetric circular delamination, the strain energy release rate shows great variation along the delamination front. and the delamination growth appears to occur perpendicular to the loading direction.
The measurement of residual stress distribution of $Si_3N_4/SUS304$ joint was performed on 23 specimens with the same joint condition using PSPC type X-ray stress measurement system and the two-dimensional elastoplastic analysis using finite element method was also attempted. As results, residual stress distribution near the interface on the ceramic side of the joint was revealed quantitatively. Residual stress on the ceramic side of the joint was turned out to be tensional near the interface, maximum along the edge, varying in accordance with the condition of the joint and variance to be most conspicuous for the residual stress normal to the interface characterized by the stress singularities. In the vicinity of the interface, the high stress concentration occurs and residual stress distributes three-dimensionally. Therefore, the measured stress distribution differed remarkably from the result of the two-dimensional finite-element analysis. Especially at the center of the specimen near the interface, the residual stress, $\sigma_{x}$ obtained from the finite element analysis was compressive, whereas measurement using X-ray yielded tensile $\sigma_{x}$. Here we discuss two dimensional superposition model the discrepancy between the results from the two dimensional finite element analysis and X-ray measurement.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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