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.
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.
Park, Jong-Seok;Joo, Hyun-Woo;Lee, Chang-Hwan;Jung, Hyun-Kyo
KIEE International Transaction on Electrical Machinery and Energy Conversion Systems
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제3B권4호
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pp.159-164
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2003
In this paper, a three-dimensional finite element method and construction of equivalent-circuit for a linear ultrasonic motor are presented. The validity of three-dimensional finite element routine in this paper is experimentally confirmed by analyzing impedance of a piezoelectric transducer. Using this confirmed finite element routine, impedance and vibration mode of a linear ultrasonic motor are calculated. Elliptical motion of contact point between vibrator and rail of the linear ultrasonic motor is shown for determination of contact points. By using the finite element method and analytic equations, characteristics of the linear ultrasonic motor, such as thrust force, speed, losses, powers and efficiency, are calculated. The results are confirmed by experiment. Finally, equivalent circuit parameters of the linear ultrasonic motor are obtained using the three-dimensional finite element method and analytic equations.
During the shape rolling process the influence of reduction ration and taper of shape roller on deformation and limit of ductile fracture such as free surface cracks developing in the workpiece has been studied. The deformation behaviours were analyzed by the 3-dimensional elasto-pastic finite element method and the conditions of ductile fracture were determined from 3-dimensional elasto-plastic finite element method and modified Cockrogt-Latham criterion. The deformed geometry and prediction of ductile fracture by 3-dimensional elasto-plastic finite element method are compared with experimental results The calcuated results are in good agreements with experimental data. The analysis used in the study was found to be effective in predicting the shape rolling process.
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.
Hemming is the last farming process in stamping and determines external quality of automotive outer panels. Few numerical approaches using 3-dimensional finite element model have been applied to a hemming process due to small element size which is needed to express the bending behavior of the sheet around small die comer and comparatively big model size of automotive opening parts, such as side door, back door and trunk lid etc In this study, part model assembling method is suggested and applied to the 3-dimensional finite element simulation of flanging and hemming process far an automotive front hood.
As an improvement on the isoparametric element method, the derivation presented in this paper is close to that done by Wang (1990) for the 2-D finite element. We extend this idea to solve 3-D crack problems in this paper. A new displacement modelling is constructed with local solutions of three-dimensional cracks and a quasi-compatible isoparametric element for three-dimensional fracture mechanics analysis is presented. The stress intensity factors can be solved directly by means of the present method without any post-processing. A new method for calculating the stress intensity factors of three-dimensional cracks with complex geometries and loads is obtained. Numerical examples are given to demonstrate the validity of the present method. The accuracy of the results obtained by the proposed element is demonstrated by solving several crack problems. The results illustrate that this method not only saves much calculating time but also increases the accuracy of solutions. Because this quasi-compatible finite element of 3-D cracks contains any singularities and easily meets the requirement of compatibility, it can be easily implemented and incorporated into existing finite element codes.
This paper presents a mesh refinement scheme for 3-D adaptive finite element method. Firstly, the refinement of triangular meshes based on the bisection of triangles is discussed. And a new method to refine tetrahedral meshes employing the bisection method is presented. In two dimensional cases, it has been noted that all angles in the triangular meshes refined by the bisection method are greater than or equal to half the smallest angle in the original meshes. Through the examples where the newly proposed method is applied to three dimensional cases, it is shown that regarding the solid angles, the method gives nearly the same result as that in the two dimensional case. Accordingly, it can be concluded that the proposed method will be useful in the mesh refinements for 3-D adaptive finite element method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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