Finite element method (FEM) has been widely used as a useful numerical method that can analyze complex engineering problems in electro-magnetics, mechanics, and others. CEMTool, which is similar to MATLAB, is a command style design and analyzing package for scientific and technological algorithm and a matrix based computation language. In this paper, we present new 3D FEM package in CEMTool environment. In contrast to the existing CEMTool 2D FEM package and MATLAB PDE (Partial Differential Equation) Toolbox, our proposed 3D FEM package can deal with complex 3D models, not a cross-section of 3D models. In the pre-processor of 3D FEM package, a new 3D mesh generating algorithm can make information on 3D Delaunay tetrahedral mesh elements for analyses of 3D FEM problems. The solver of the 3D FEM package offers three methods for solving the linear algebraic matrix equation, i.e., Gauss-Jordan elimination solver, Band solver, and Skyline solver. The post-processor visualizes the results for 3D FEM problems such as the deformed position and the stress. Consequently, with our new 3D FEM toolbox, we can analyze more diverse engineering problems which the existing CEMTool 2D FEM package or MATLAB PDE Toolbox can not solve.
In this paper, we report our successful implementation of Q tensor model in threedimensional finite element method (FEM) simulator. The 3D-FEM Q tensor-model-based simulation revealed that the spaly-to-bend transition occurs only at 4 V while the vector-model based FEM solver provides an erroneous transition voltage of 8 V.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2003.06a
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pp.1565-1568
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2003
The backward extrusion process is one of the commonly used metal forming processes. In this paper. a battery case which has the rectangular section, is analyzed using a 3D metal forming package(MSC.Superforge). This pacakge uses the finite volume analysis method. It is shown that the MSC.Superforge package using finite volume method provides result very close to those obtained from a finite element analysis package(MSC.Superform). However, the simulation time using the finite volume method was almost 10 % of the simulation time consumed by the other package using finite element method. Moreover, the finite volume method used in MSC.Superforge can eliminate the remeshing problems that make the simulating a metal forming process with severe deformation, such as the extrusion process, so difficult.
In this paper, eddy current compensation method of 2D finite element method(FEM) is studied compared with 3D FEM. The result of eddy current loss of permeant magnet is different from 3D FEM result because current loop of the inside of permanent magnet can not expressed by 2D FEM. In order to reduce the error between 2D and 3D FEM, permanent magnet conductivity is compensated considering current loop of magnet shape according to length and width.
In this study, a framework for coupling of the convolution quadrature time-domain boundary element method (CQBEM) and image-based finite element method (IMFEM) is presented for 2-D elastic wave propagation. This coupling method has three advantages: 1) the finite element modeling for heterogeneous areas can be performed without difficulties by using digital data for the analysis model, 2) wave propagation in an infinite domain can be calculated with high accuracy by using the CQBEM, and 3) a small time-step size can be used. In general, a small time-step size cannot be used in the classical time-domain boundary element method. However, the CQBEM used in this analysis can address a small time-step size. This makes it possible to couple the CQBEM and image-based FEM which require a small-time step size. In this study, the formulation and validation of the pro-posed method are described and confirmed by solving fundamental elastic wave scattering problems. As a numerical example, elastic wave scattering in inhomogeneous media is demonstrated using the proposed coupling method.
Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction
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v.35
no.9
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pp.159-169
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2019
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.
In this study, the optimized initial hole shape for T-branch forming was proposed to obtain effective welding region. Design variables were determined by approximation analysis using volume constant condition. We performed 3D elastic-plastic FEM(Finite Element Method) analysis to simulate T-branch forming process. The variation of height and thickness of T-branch with various hole shapes was investigated. The optimized initial hole shape equation was obtained by using results for the numerical analysis.
KIEE International Transaction on Electrical Machinery and Energy Conversion Systems
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v.3B
no.1
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pp.16-22
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2003
This paper presents an application of an impedance boundary condition to 3D vector finite element analysis of a multi-port cylidrical microwave cavity using Snell's law. Computing memory benefits and computing time reduction are obtained from this method compared with the conventional finite element method(FEM). To verify the method, a high permittivity scatterer in free space is analyzed and compared with the results of conventional (FEM). In addition, this method has been analyzed several types of cavities, including water load, to demonstrate the validity and accuracy of the program.
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).
In this paper, a meshfree-enriched finite element method (ME-FEM) is introduced for the large deformation analysis of nonlinear path-dependent problems involving contact. In linear ME-FEM, the element formulation is established by introducing a meshfree convex approximation into the linear triangular element in 2D and linear tetrahedron element in 3D along with an enriched meshfree node. In nonlinear formulation, the area-weighted smoothing scheme for deformation gradient is then developed in conjunction with the meshfree-enriched element interpolation functions to yield a discrete divergence-free property at the integration points, which is essential to enhance the stress calculation in the stage of plastic deformation. A modified variational formulation using the smoothed deformation gradient is developed for path-dependent material analysis. In the industrial metal forming problems, the mortar contact algorithm is implemented in the explicit formulation. Since the meshfree-enriched element shape functions are constructed using the meshfree convex approximation, they pose the desired Kronecker-delta property at the element edge thus requires no special treatments in the enforcement of essential boundary condition as well as the contact conditions. As a result, this approach can be easily incorporated into a conventional displacement-based finite element code. Two elasto-plastic problems are studied and the numerical results indicated that ME-FEM is capable of delivering a volumetric locking-free and pressure oscillation-free solutions for the large deformation problems in metal forming analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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