This work presents the three-dimensional extended strain smoothing approach in the framework of finite element method, so-called smoothed finite element method (S-FEM) for quasi-incompressible hyperelastic materials undergoing the large deformations. The proposed method is known that the incompressible limits, such as over-estimation of stiffness and distorted mesh sensitivity, can be overcome in two dimensions. Therefore, in this paper, the idea of Cell-based, Edge-based and Node-based strain smoothing approaches is extended to three-dimensions. The construction of subcells and smoothing domains for each methods are explained. The smoothed strain-displacement matrix and the stiffness matrix are obtained on each smoothing domain in the same manner with two-dimensional S-FEM. Various numerical tests are studied to demonstrate the validity and accuracy of 3D-S-FEM. The obtained results are compared with analytical solutions to express the efficacy of the methods.
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.
This paper presents a numerical analysis of the eddy current testing with cracked pipe using finite element method (FEM). ${\vec{A}},\;{\phi}-{\vec{A}}$ method is adopted for the formulation of 3-dimensional(3-D) FEM with the brick element. The cracks investigated here are the inner and outer surface of axial symmetry, 90 degree circular one. The algorithm of 3-D numerical analysis is employed for the axisymmetric pipe with the cracks. In order to verify the validity of 3-D numerical analysis, the results are compared with those of 2-D analysis with the same type of the model. The differential impedance is obtained by using energy method and its locus are various 8-shaped curves for each cracks. The ICCG method is used for the calculation of a matrix.
The capabilities of finite elements codes allow now accurate simulations of blanking processes when appropriate materials modelling are used. Over the last decade, numerous numerical studies have focused on the influence of process parameters such as punch-die clearance, tools geometry and friction on blanking force and blank profile. In this study, three dimensional finite element analysis is carried out to design a lead frame blanking die using LS-Dyna3D package. After design of the blanking die, an experiment is also carried out to investigate the characteristics of blanking for nickel alloy Alloy42, a kind of IC lead frame material. In this paper, it has been researched the investigation to examine the influence of process parameters such as clearance and air cylinder pressure on the accuracy of sheared plane. Through the experiment results, it is shown that the quality of sheared plane is less affected by clearance and air cylinder pressure.
Although Equvalent Magnetic Circuit (EMC) method. Using lumped parameter and numerical analysis method are widely used for electric machine analysis. these are neither always accurate enough nor sometimes available to easily use. Moreover three dimensional finite element method (3D-FEM) is inherently unsuitable for electric machine performance evaluation due to its poor computational efficiency, such as too long calculation time and difficulty in modeling for analysis. In this paper, Nonlinear Equivalent Magnetic Circuit (NEMC) method in combination with 2D-FEM is proposed to analyze the electric machine requiring 3D-FEM, and this method applys to torque evaluation for rotary actuator of Electro Magnetic Electronic Controller Power Steering (EM-ECPS).
국내 줄눈콘크리트 포장 다웰바의 경우 합리적 근거가 없이 경험에 의하거나 국외의 기준에 의해 설계시공되고 있다. 다웰바를 합리적으로 설계하기 위해서는 다웰바 거동에 대한 고찰이 요구되며 이에 3차원 유한요소해석을 이용하여 분석하였다. 다웰바의 거동을 평가하기 위해서 다웰바의 3차원 유한요소해석과 다웰바 거동에 대한 대표적인 모델인 Timoshenko 이론을 비교분석하였다. 본 연구에서는 다웰바의 사이즈 및 배치에 대한 합리적인 설계를 하기 위해서 3차원 유한요소해석을 사용하여 다웰바의 그룹작용(Dowel Group Action) 범위와 차량바퀴의 주행경로(Wheel Path)분포를 고려하여 슬래브 처짐을 감소시킬 수 있는 다웰바 최적배치를 제시하였다.
A time domain finite element based method is employed to analyze wave radiation by multiple cylinders. The nonlinear free surface and body surface boundary conditions are satisfied based on the perturbation method up to the second order. The first- and second-order velocity potential problems at each time step are solved through a finite element method (FEM). The matrix equation of the FEM is solved through an iteration and the initial solution is obtained from the result at the previous time step. The three-dimensional (3D) mesh required is generated based on a two-dimensional (2D) hybrid mesh on a horizontal plane and its extension in the vertical direction. The hybrid mesh is generated by combining an unstructured grid away from cylinders and two structured grids near the cylinder and the artificial boundary, respectively. The fluid velocity on the free surface and the cylinder surface are calculated by using a differential method. Results for various configurations including two-cylinder and four-cylinder cases are provided to show the mutual influence due to cylinders on the first and second waves and forces.
Reinforced concrete (RC) interior beam-column joints with high-strength materials: concrete compressive strength of 100 MPa and the yield strength of longitudinal bars of 685 MPa, were analyzed using three-dimensional (3-D) nonlinear finite element method (FEM). Specimen OKJ3 of joint shear failure type was a plane interior joint, and Specimen 12 of beam flexural failure type was a 3-D interior joint with transverse beams. Though the analytical initial stiffness was higher than experimental one, the analytical results gave a good agreement with the test results on the maximum story shear forces, the failure mode.
In the open die forging process, it is difficult to optimize process parameters such as die shape, initial ingot size, feeding pitch, rotation angle and other process parameters in the operational environments. Therefore in this study, 3D finite element analysis has been performed to obtain optimal process condition for open die forging process. FEM analyses at various feeding pitches and rotation angles provide process conditions to make round bar having precise dimensional accuracy.
지반공학에서 평면변형율을 가정하는 2차원 사면안정해석은 일반적으로 널리 사용되고 있다. 이 가정은 사면활동이 넓은 영역에 걸쳐서 발생되는 가정이므로 3차원 효과가 무시된다. 대다수 연구에서 2차원해석의 최소안전율값은 3차원해석에 비하여 작게 평가되는 보수적인 결과를 나타낸다. 최근에는 컴퓨터의 소프트웨어와 하드웨어를 포함한 해석방법의 발달로 3차원해석에 대한 요구가 커지고 있다. 본 논문에서는 원호모드, 병진모드사면을 이용하여 유한요소에 의한 2, 3차원해석 및 2차원 한계평형해석을 통하여 수치해석을 실시하였다. 해석결과 매개변수(요소망크기, 체적팽창각(dilatency angle), 경계조건, 응력이력, 모델차원)에 따른 사면안정해석에 미치는 영향을 분석하였다. 해석결과 2차원 해석보다 3차원 해석에 의한 사면의 안전율 값은 항상 크게 평가되며, W 뱡향 경계조건이 롤러지지인 경우, 사면폭에 의한 결과 차이는 없는 것으로 조사되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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