Korean Journal of Computational Design and Engineering
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v.18
no.6
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pp.461-469
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2013
Computer simulation with FEM is very useful to analyze hypervelocity impact phenomena that are tremendously expensive or otherwise too impractical to analyze experimentally. Shock physics can be efficiently handled by mesh adaptation which allows finite element mesh to be locally optimized to resolve moving shock wave in explosion. In this paper, an adaptive meshing technique based upon quadtree data structure was applied to resolve ballistic impact phenomena. The technique can adaptively refine a mesh in the neighborhood of a shock and coarsen the mesh for the smooth flow behind the shock according to a criterion. The criterion for refinement and coarsening is based upon the standard deviation of the gradient of shock pressure on the associated field. Shock simulation starts with the rough mesh of the pressure field and mesh density is increased locally under the criterion at each time step. The results show that the mesh adaptation enables to minimize the global computation error of FEM and to increase storage and computational saving compared to the fixed resolution of the conventional static mesh approach.
This paper presents an effective application of a variable-node axisymmetric solid element designated as AQV (Axisymmetric Quadrilateral Variable-node element). The variable-node element with physical midside nodes helps to overcome some problems in connecting the different layer patterns on a quadrilateral mesh in the adaptive h-refinement. This element alleviates the necessity of imposing displacement constraints on irregular (hanging) nodes in order to enforce the inter-element compatibility. Therefore, the elements with variable mid-side nodes can be used effectively in the local mesh refinement for the axisymmetric structures which have stress concentrations. A modified Gaussian quadrature should be adopted to evaluate the stiffness matrices of the variable-node elements mainly because of the slope discontinuity of assumed displacement within the elements. Some numerical examples show the usefulness of variable-node axisymmetric elements in the practical application.
Various adaptive mesh refinement techniques are often employed in numerical simulations for increasing spatial and temporal resolution beyond the limits imposed by available CPU time and memory space. Recently, an octree-based adaptive mesh structure was successfully used in fluid animation to place more grid cells efficiently in visually interesting regions of fluids. In an attempt to optimize the use of computational resources further in fluid animation, this paper extends this adaptive technique by modifying the mesh refinement scheme so that the camera's viewing properties are dynamically exploited during the simulation. Based on a simple adaptive mesh structure, we show that the new meshing strategy can save a substantial amount of computation time and memory space by using a view-dependent adaptive approach. The experimental results reveal that the proposed technique provides a good compromise between the computational effort and the simulation's fidelity, and may be used quite effectively in 3D animation production.
A high-order accurate Euler flow solver based on a discontinuous Galerkin method has been developed for the numerical simulation of unsteady flows on unstructured meshes. A multi-level solution-adaptive mesh refinement/coarsening technique was adopted to enhance the resolution of numerical solutions efficiently by increasing mesh density in the high-gradient region. An acoustic wave scattering problem was investigated to assess the accuracy of the present discontinuous Galerkin solver, and a supersonic flow in a wind tunnel with a forward facing step was simulated by using the adaptive mesh refinement technique. It was shown that the present discontinuous Galerkin flow solver can capture unsteady flows including the propagation and scattering of the acoustic waves as well as the strong shock waves.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2020.06a
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pp.122-122
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2020
Urban flood simulation plays a vital role in national flood early warning, prevention and mitigation. In recent studies on 2-dimensional flood modeling, the integrated run-off inundation model is gaining grounds due to its ability to perform in greater computational efficiency. The adaptive quadtree shallow water numerical technique used in this model implements the adaptive mesh refinement (AMR) in this simulation, a procedure in which the grid resolution is refined automatically following the flood flow. The method discounts the necessity to create a whole domain mesh over a complex catchment area, which is one of the most time-consuming steps in flood simulation. This research applies the dynamic grid refinement method in simulating the recent extreme flood events in Metro Manila, Philippines. The rainfall events utilized were during Typhoon Ketsana 2009, and Southwest monsoon surges in 2012 and 2013. In order to much more visualize the urban flooding that incorporates the flow within buildings and high-elevation areas, Digital Surface Model (DSM) resolution of 5m was used in representing the ground elevation. Results were calibrated through the flood point validation data and compared to the present flood hazard maps used for policy making by the national government agency. The accuracy and efficiency of the method provides a strong front in making it commendable to use for early warning and flood inundation analysis for future similar flood events.
The finite element method(FEM) presents some limitations when the mesh becomes highly distorted. For analysis of metal forming processes with large deformation, the conventional finite element method usually requires several remeshing operations due to severe mesh distortion. The new computational method developed in the recent years, usually designated by meshfree method, offers an attractive approach to avoid those time-consuming remeshing efforts. This new method uses a set of points to represent the problem domain with no need of an additional mesh. Also this new generation of computational method provides a higher rate of convergence than that of the conventional finite element methods. One of the promising applications of meshfree methods is the adaptive refinement for problems having multi-scale nature. In this study, an adaptive node generation procedure is proposed and also to illustrate the efficiency of proposed method, several numerical examples are presented.
A novel adaptive mesh refinement(AMR) strategy based on the Moment-of-Fluid(MOF) method for volume-tracking dynamic interface computation is presented. The Moment-of-Fluid method is a new interface reconstruction and volume advection method using volume fraction as well as material centroid. The adaptive mesh refinement is performed based on the error indicator, the deviation of the actual centroid obtained by interface reconstruction from the reference centroids given by moment advection process. Using the AMR-MOF method, the accuracy of volume-tracking computation with evolving interfaces is improved significantly compared to other published results.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1998.04a
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pp.60-67
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1998
This paper deals with the development of a variable-node element and its application to the adaptive h-version mesh refinement-recovery for the incompressible viscous flow analysis. The element which has variable mid-side nodes can be used in generating the transition zone between the refined and unrefined elements and efficiently used for construction of a refined mesh without generating distorted elements. A modified Gaussian quadrature is needed to evaluate the element matrices due to the discontinuity of derivatives of the shape functions used for the element. The penalty function method which can reduce the number of independent variables is adopted for the purpose of computational efficiency and the selective reduced integration is carried out for the convection and pressure terms to preserve the stability of solution. For the economical analysis of transient problems, not only the mesh refinement but also the mesh recovery is needed. The numerical examples show that the optimal mesh for the finite element analysis of a wind around the structures can be obtained automatically by the proposed scheme.
Journal of electromagnetic engineering and science
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v.1
no.1
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pp.78-82
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2001
For fast capacitance computation, a simple mesh refinement technique on MLFMA(Multi-Level Fast Multipole Algorithm) is proposed The triangular meshes are refined mainly in the area which has heavy charge density. The technique is applied to the capacitance extraction of three dimensional conductors. The results show good convergence with comparable accuracy. An adaptive technique concerned with MLFMA is useful to reduce computation time and the number of elements without additional computational efforts in large three dimensional problems.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.33
no.1
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pp.90-97
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1996
The optimal mesh refinement has a meaning that error of the every element is within an allowable level and in uniformly distributed. The adaptive mesh generation may be required to achieve the optimal mesh generation. For the purpose of optimal mesh generation, an error estimation and an adaptive mesh refinement are required. Using the adaptive mesh generation the second finite element analysis is performed with the result of the first analysis. In the process the error estimation is required. In this study the adaptive mesh generation program for triangular element is developed, and for a posteriori error estimation the stress projection approach is considered. It has been found the multigrid technique, where the error estimation and the mesh generation are combined in multi-step of analysis, may be used efficiently in the finite element analysis.
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