Polatov, Askhad M.;Ikramov, Akhmat M.;Razmukhamedov, Daniyarbek D.
Advances in Computational Design
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v.5
no.3
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pp.277-289
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2020
This article describes the technology for constructing of a multiply-connected three-dimensional area's finite element representation. Representation of finite-element configuration of an area is described by a discrete set that consist of the number of nodes and elements of the finite-element grid, that are orderly set of nodes' coordinates and numbers of finite elements. Corresponding theorems are given, to prove the correctness of the solution method. The adequacy of multiply-connected area topology's finite element model is shown. The merging of subareas is based on the criterion of boundary nodes' coincidence by establishing a simple hierarchy of volumes, surfaces, lines and points. Renumbering nodes is carried out by the frontal method, where nodes located on the outer edges of the structure are used as the initial front.
The finite element method has been widely used in the analysis of ring rolling. For ring rolling it requires a high computational expense due to the non-steady state material flow characteristics of the process. The high computational expense causes the finite element analysis to be impractical for industrial applications. In the current study, we aim to develop a practical implicit finite element modeling method for ring rolling. This method uses a step-wise steady state assumption and is called the “Stepped method”. The stepped method divides the whole process time of unsteady-state flow model into a finite number of steady-state models. It then solves the process at several specific time steps until convergence is reached. In order to confirm the performance and validity of the newly proposed stepped method, the result from the stepped method were compared to the results from a Lagrangian finite element method and to results from experiments reported in the literature.
Although the finite element method is a good tool to analyze skin-pass rolling, it is hard to be applied in the field because of its long calculation time. In the current study, simple numerical models were developed for the prediction of roll force and residual stress profiles along the strip width. These models are based on finite element analysis and a coupled solution of Sims’ equation and Hitchcock’s formula. The results indicate that plastic strains can be represented as in simple equations of the deformed roll profile and the initial thickness of the strip.
In a traditional topology optimization method, material properties are usually distributed by finite element density and visualized by a gray level image. The distribution method based on element density is adequate for a great mass of 2-D topology optimization problems. However, when it is used for 3-D topology optimization, it is always difficult to obtain a smooth model representation, and easily appears a virtualconnect phenomenon especially in a low-density domain. The 3-D structural topology optimization method has been developed using the node density instead of the element density that is based on SIMP (solid isotropic microstructure with penalization) algorithm. A computer code based on Matlab was written to validate the proposed method. When it was compared to the element density as design variable, this method could get a more uniform density distribution. To show the usefulness of this method, several typical examples of structure topology optimization are presented.
This paper deals with an optimal angle error reduction method of magnetic position sensor using hall effect elements. The angle detection simulation for the magnetic position sensor is performed by 3 dimensional finite element method and Taguchi method, one of the design of experiments. The magnetic position sensor is required to generate ideal sine and cosine waveforms from its hall effect elements according to rotation angle for precise angle information. However, the output signals are easy to include harmonics due to uneven magnetic field distribution from permanent magnet in the air-gap in the vicinity of hall effect elements. For the Taguchi method, three design parameters related to position of hall effect elements and shape of back yoke are selected. The characteristics of optimal magnetic position sensor are compared with those of original one in terms of simulation as well as experiment. Finally, the performances of the motor adopting original model and optimal model are represented for the purpose of verification of motor performance due to signals from magnetic position sensor.
This paper describes an analysis of the three-dimensional eddy current problems by the finite element method using magnetic vector potential and electric scalar potential. The finite element formulation uses first-order shape functions and tetrahedral elements. The validity of this formalation is ensured as the result of the sphere conductor model problem in a sinusoidal magnetic field.
A finite element approach is presented to examine ground vibration characteristics under various moving loads in a homogeneous half-space. Four loading modes including single load, double load, four-load, and twenty-load were simulated in a finite element analysis to observe their influence on ground vibrations. Four load moving speeds of 60, 80, 100, and 120 m/s were adopted to investigate the influence of train speed to the ground vibrations. The results demonstrated that the loading mode in a finite element analysis is reliable for train-induced vibration simulations. Additionally, a three-dimensional finite element model (3D FEM) was developed to investigate the dynamic responses of a track-ballast-embankment-ground system subjected to moving loads induced by high-speed trains. Results showed that vibration attenuations and breaks exist in the simulated wave fronts transiting through different medium materials. These tendencies are a result of the difference in the Rayleigh wave speeds of the medium materials relative to the speed of the moving train. The vibration waves induced by train loading were greatly influenced by the weakening effect of sloping surfaces on the ballast and embankment. Moreover, these tendencies were significant when the vibration waves are at medium and high frequency levels. The vibration waves reflected by the sloping surface were trapped and dissipated within the track-ballast-embankment-ground system. Thus, the vibration amplitude outside the embankment was significantly reduced.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.4
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pp.667-676
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2002
Many studies on the finite element modeling for bolted joints have proceeded, but the structures with bolted joints are complicated in shape and it is difficult to find out the characteristics according to joint condition. Usually, experimental methods have been used for bolted joint analysis. A reliable and practical finite element modeling technique for structure with bolted joints is very important for engineers in industry. In this study, three kinds of model are presented; a detailed model, a practical model and a simple model. The detailed model is modeled by using 3-D solid element and gap element, and the practical model is modeled by using shell element (a portion of bolt head) and beam element (a portion of bolt body), the simple model is modeled by simplifying practical model without using gap elements. Among these models, the simple model has the least degree of freedom and show the effect of memory reduction of 59%, when compared with the detailed model.
The study is a structure analysis by applying the output torque and tangential force on 47 ton excavator drive motor gear carrier. The finite element analysis for 3D model is performed by ABAQUS/Standard. We made an estimate by evaluating the results of the finite element analysis.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.12
no.1
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pp.376-386
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2020
The aim of this study was to develop a new efficient strategy that uses the Vector form Intrinsic Finite-element (VFIFE) method to conduct the static and dynamic analyses of marine pipes. Nonlinear problems, such as large displacement, small strain, and contact and collision, can be analyzed using a unified calculation process in the VFIFE method according to the fundamental theories of point value description, path element, and reverse motion. This method enables analysis without the need to integrate the stiffness matrix of the structure, because only motion equations of particles established according to Newton's second law are required. These characteristics of the VFIFE facilitate the modeling and computation efficiencies in analyzing the nonlinear dynamic problem of flexible pipe with large deflections. In this study, a three-dimensional (3-D) dynamical model based on 3-D beam element was established according to the VFIFE method. The deep-sea flexible pipe was described by a set of spatial mass particles linked by 3-D beam element. The motion and configuration of the pipe are determined by these spatial particles. Based on this model, a simulation procedure to predict the 3-D dynamical behavior of flexible pipe was developed and verified. It was found that the spatial configuration and static internal force of the mining pipe can be obtained by calculating the stationary state of pipe motion. Using this simulation procedure, an analysis was conducted on the static and dynamic behaviors of the flexible mining pipe based on a 1000-m sea trial system. The results of the analysis proved that the VFIFE method can be efficiently applied to the static and dynamic analyses of marine pipes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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