Among various sensitivity evaluation techniques, semi-analytical method is quite popular since this method is more advantageous than analytical method and global finite difference method. However, SAM reveals severe inaccuracy problem when relatively large rigid body motions are identified for individual elements. Such errors result from the numerical differentiation of the pseudo load vector calculated by the finite difference scheme. In the present study, the adjoint variable method combined with complex variable is proposed to obtain the shape and size sensitivity for structural optimization. The complex variable can present accurate results regardless of the perturbation size as well as easy to be implemented. Through a few numerical examples of the static problem for the structural sensitivity, the efficiency and reliability of the adjoint variable method combined with complex variable is demonstrated.
The adjoint variable method can reduce computation time and save computer resources because it can selectively provide the sensitivity information for the positions that designers wish to measure. However, the adjoint variable method commonly employs exact analytical differentiation with respect to the design variables. It can be cumbersome to precisely differentiate every given type of finite element. This trouble can be overcome only if the numerical differentiation scheme can replace this exact manner of differentiation. But, the numerical differentiation scheme causes of severe inaccuracy due to the perturbation size dilemma. For assuring the accurate sensitivity without any dependency of perturbation size, this paper employs a complex variable that has been mainly used for computational fluid dynamics problems. The adjoint variable method combined with complex variables is applied to obtain the shape and size sensitivity for structural optimization. Numerical examples demonstrate that the proposed method can predict stable sensitivity results and that its accuracy is remarkably superior to traditional sensitivity evaluation methods.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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제1권1호
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pp.65-74
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1997
For two dimensional elasticity, we suggest a new complex variable method using the Navier's displacement equation. This method gives alternative displacement and stress formulae to those resulting from the Muskhelishvili's complex function method.
The complex variable reproducing kernel particle method (CVRKPM) and the FEM are coupled in this paper to analyze the two-dimensional potential problems. The coupled method not only conveniently imposes the essential boundary conditions, but also exploits the advantages of the individual methods while avoiding their disadvantages, resulting in improved computational efficiency. A hybrid approximation function is applied to combine the CVRKPM with the FEM. Formulations of the coupled method are presented in detail. Three numerical examples of the two-dimensional potential problems are presented to demonstrate the effectiveness of the new method.
This paper provides a numerical solution for a finite internally cracked plate using hybrid crack element method (HCE). In the formulation, an inclined crack is placed in any place of a rectangular element and the complex variable method is used. The complex potentials are expressed in a series form, and several undetermined coefficients are involved. The complex potentials for the cracked rectangle are first suggested in this paper. Based on a variational principle, the element stiffness matrix can be evaluated. The next steps are same as in the usual finite element method. Several numerical examples with computed stress intensity factor and T-stress are presented.
In this research, the influence of the laminate stacking sequence on thermal stress distribution in symmetric composite plates with a quasi-square cutout subjected to uniform heat flux is examined analytically using the complex variable technique. The analytical solution is obtained based on the thermo-elastic theory and the Lekhnitskii's method. Furthermore, by employing a suitable mapping function, the solution of symmetric laminates containing a circular cutout is extended to the quasi-square cutout. The effect of important parameters including the stacking sequence of laminates, the angular position, the bluntness, the aspect ratio of cutout, the flux angle and the composite material are examined on the thermal stress distribution. It is found out that the circular shape for cutout may not necessarily be the optimum geometry for all stacking sequences. The finite element analysis results are used to validate the analytical solution.
We highlight the alternative presentation of the Cauchy-Riemann conditions for the analyticity of a complex variable function and consider plane equilibrium problem for an elastic transversely isotropic layer, in finite deformation. We state the fundamental problems and consider traction boundary value problem, as an example of fundamental problem-one. A simple solution of“Lame's problem”for an infinite layer is obtained. The profile of the deformed contour is given; and this depends on the order of the term used in the power series specification for the complex potential and on the material constants of the medium.
컴퓨터게임은 게임규칙들을 컴퓨터가 자동적으로 처리하기 때문에 게임규칙들이 수학적 함수들로 표현된 게임공식들이 필요하다. 게임공식들은 일반적으로 다변수 함수들이다. 게임공식을 설계하는 것은 관련 게임규칙을 만족하는 다변수 함수를 설계하는 것이기 때문에 복잡하고 어려운 문제이다. 본 논문에서는 게임공식을 체계적으로 설계하는 방법을 제안하였다. 제안하는 방법은 다변수 함수인 게임공식을 피연산자들의 트리구조로 분해하여 이 트리구조의 최하위레벨에는 단일변수 함수들로 구성된다. 그래서 게임공식의 트리구조 분해를 통해 복잡하고 어려운 다변수 함수 설계 문제를 단순하고 쉬운 단일변수 함수 설계 문제로 변경하여 설계하는 방법이다.
Three methods for design sensitivity analysis such as finite difference method(FDM), direct differentiation method(DDM) and adjoint variable method(AVM) are well known. FDM and DDM for design sensitivity analysis cost too much when the number of design variables is too large. An AVM is required to compute adjoint variables from the simultaneous linear system equation, the so-called adjoint equation. Because the adjoint equation is independent of the number of design variables, an AVM is efficient for when number of design variables is too large. In this study, AVM has been extended to the eigenproblem of damped systems whose eigenvlaues and eigenvectors are complex numbers. Moreover, this method is implemented into a commercial finite element analysis program by means of the semi-analytical method to show applicability of the developed method into practical structural problems. The proposed_method is compared with FDM and verified its accuracy for analytical and practical cases.
This paper proposes an efficient method for computing the 3-dimensional capacitance of complex structures. The proposed method Is based on Finite Element Method(FEM) and expands the conventional FEM by adopting variable division. This method improves the extraction efficiency 50 times when compared to the conventional FEM with equal division. The proposed method can be used efficiently to extract electrical parameters of on/off-chip interconnects in VLSI systems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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