Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1999.10a
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pp.411-420
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1999
The computational model and a new eigenvalue solution algorithm for large-scale structures is presented in the form of parallel computation. The computational loads and data storages required during the solution process are drastically reduced by evenly distributing computational loads to each processor. As the parallel computational model, multiple personal computers are connected by 10Mbits per second Ethernet card. In this study substructuring techniques and static condensation method are adopted for modeling a large-scale structure. To reduce the size of an eigenvalue problem the interface degrees of freedom and one lateral degree of freedom are selected as the master degrees of freedom in each substructure. The performance of the proposed parallel algorithm is demonstrated by applying the algorithm to dynamic analysis of two-dimensional structures.
Lynch, Jerome Peter;Sundararajan, Arvind;Law, Kincho H.;Kiremidjian, Anne S.;Kenny, Thomas;Carryer, Ed
Structural Engineering and Mechanics
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v.15
no.3
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pp.285-297
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2003
Complementing recent advances made in the field of structural health monitoring and damage detection, the concept of a wireless sensing network with distributed computational power is proposed. The fundamental building block of the proposed sensing network is a wireless sensing unit capable of acquiring measurement data, interrogating the data and transmitting the data in real time. The computational core of a prototype wireless sensing unit can potentially be utilized for execution of embedded engineering analyses such as damage detection and system identification. To illustrate the computational capabilities of the proposed wireless sensing unit, the fast Fourier transform and auto-regressive time-series modeling are locally executed by the unit. Fast Fourier transforms and auto-regressive models are two important techniques that have been previously used for the identification of damage in structural systems. Their embedment illustrates the computational capabilities of the prototype wireless sensing unit and suggests strong potential for unit installation in automated structural health monitoring systems.
Korean Journal of Computational Design and Engineering
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v.12
no.1
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pp.8-14
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2007
In the product design process computer-aided engineering and optimization tolls are widely utilized in order to reduce the total development time and cost. Since several simulation tools are involved in the process, information losses, omissions, or errors are common and the importance of seamless information exchange among the tools has been increased. In this work, ISO STEP standards are adopted to represent the neutral format for structural analysis and optimization. The schema of AP209 defined the information of finite element analysis is used and the new schema is proposed to describe the information of structural optimization based on the STEP methodology. The schema is implemented by EXPRESS, information modeling language, and ST-Developer is employed to generate C++ classes and STEP Rose Library by using the schema denoted. To substantiate the proposed approach, the information access interfaces of the finite element modeling software (FEMAP), structural optimization software(GENESIS) and in-house topology optimization program are developed. Examples are shown to validate the information exchange of finite element analysis and structural optimization using STEP standards.
A concept of hierarchical modeling, the newest modeling technology. has been introduced early In 1990. This nu technology has a goat potential to advance the capabilities of current computational mechanics. A first step to Implement this concept is to construct hierarchical models, a family of mathematical models which are sequentially connected by a key parameter of the problem under consideration and have different levels in modeling accuracy, and to investigate characteristics In their numerical simulation aspects. Among representative model problems to explore this concept are elastic structures such as beam-, arch-. plate- and shell-like structures because the mechanical behavior through the thickness can be approximated with sequential accuracy by varying the order of thickness polynomials in the displacement or stress fields. But, in the numerical analysis of hierarchical models, two kinds of errors prevail: the modeling error and the numerical approximation errors. To ensure numerical simulation quality, an accurate estimation of these two errors Is definitely essential. Here, a local a posteriori error estimator for elastic structures with thin domain such as plate- and shell-like structures Is derived using element residuals and flux balancing technique. This method guarantees upper bounds for the global error, and also provides accurate local error Indicators for two types of errors, in the energy norm. Comparing to the classical error estimators using flux averaging technique, this shows considerably reliable and accurate effectivity indices. To illustrate the theoretical results and to verify the validity of the proposed error estimator, representative numerical examples are provided.
The modeling of the mechanical behavior of quasi-brittle materials is still a challenge task, mainly in failure processes when fracture and plasticity phenomena become important actors in dissipative processes which occur in materials like concrete, as instance. Many homogenization-based approaches have been proposed to deal with heterogeneous materials in the last years. In this context, a computational homogenization modeling for concrete is presented in this work using the concept of Representative Volume Element (RVE). The material is considered as a three-phase material consisting of interface zone (ITZ), matrix and inclusions-each constituent modeled by an independent constitutive model. The Representative Volume Element (RVE) consists of inclusions idealized as circular shapes symmetrically and nonsymmetrically placed into the specimen. The interface zone is modeled by means of cohesive contact finite elements. The inclusion is modeled as linear elastic and matrix region is considered as elastoplastic material. A set of examples is presented in order to show the potentialities and limitations of the proposed modeling. The consideration of the fracture processes in the ITZ is fundamental to capture complex macroscopic characteristics of the material using simple constitutive models at mesoscopic level.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.15
no.1
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pp.33-42
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2002
A method of automatic 3D tunnel modeling is proposed. The proposed method used the parametric representation of geometry and a hierarchical and relational data structure. These two bases provide the generalization and extension for 3D tunnel modeling. Especially, these two fundamentals ion the basis iota representing the characteristics of the tunnel structure for analysis. The constant-curvature characteristic is exploited to generate 3D mesh on the tunnel surface. This is attributed to the advantage that any 2D automatic mesh generation algorithm can be applied to 3D mesh modeling.
Won June-Ho;Kim Jong-Soo;choi Joo-Ho;Yoon Jong-Min
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2005.04a
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pp.55-62
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2005
In this paper, a CAB/CAE integrated optimal design system is developed, in which design and analysis process is automated using CAD/CAE softwares, for a complicated model for which parametric modeling provided by CAD software is not possible. CAD modeling process is automated by using UG/OPEN API function and UG/Knowledge Fusion provided by Unigraphics. The generated model is transferred to the analysis code ANSYS in parasolid format. Visual DOC software is used for optimization. The system is developed for PLS(Plasma Lighting System), which is a next generation illumination system that is used to illuminate stadium or outdoor advertizing panel. The PLS system consists of more then 20 components, which requires a lot of human efforts in modeling and analysis. The analysis for PLS includes static load, wind load and impact load analysis. As a result of analysis, it is found that the most critical component is a tilt assembly, which links lower & upper body assembly. For more reliable analysis, experiment is conducted using MTS and compared with the Finite element analysis result. The objective in the optimization is to minimize the material volume under allowable stresses. The design variables are three parameters in the tilt assembly that are chosen to be the most sensitive in stress values of twelve parameters. Gradient based method and RSM(Response Surface Method) are used for the algorithm and the results are compared. As a result of optimization, the maximum stress is reduced by 57%.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.16
no.1
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pp.50-63
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2015
Explosive bolts are one of pyrotechnic release devices, which are highly reliable and efficient for a built-in release. Among them, ridge-cut explosive bolts which utilize shock wave generated by detonation to separate bolt body produce minimal fragments, little swelling and clean breaks. In this study, separation phenomena of ridge-cut explosive bolts or ridge-cut mechanism are computationally analyzed using Hydrocodes. To analyze separation mechanism of ridge-cut explosive bolts, fluid-structure interactions with complex material modeling are essential. For modeling of high explosives (RDX and PETN), Euler elements with Jones-Wilkins-Lee E.O.S. are utilized. For Lagrange elements of bolt body structures, shock E.O.S., Johnson-Cook strength model, and principal stress failure criteria are used. From the computational analysis of the author's explosive bolt model, computational analysis framework is verified and perfected with tuned failure criteria. Practical design improvements are also suggested based on a parametric study. Some design parameters, such as explosive weights, ridge angle, and ridge position, are chosen that might affect the separation reliability; and analysis is carried out for several designs. The results of this study provide useful information to avoid unnecessary separation experiments related with design parameters.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.25
no.4
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pp.363-372
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2012
In this study, a new information-based hybrid modeling framework is proposed. In the hybrid framework, a conventional mathematical model is complemented by the informational methods. The basic premise of the proposed hybrid methodology is that not all features of system response are amenable to mathematical modeling, hence considering informational alternatives. This may be because (i) the underlying theory is not available or not sufficiently developed, or (ii) the existing theory is too complex and therefore not suitable for modeling within building frame analysis. The role of informational methods is to model aspects that the mathematical model leaves out. Autoprogressive algorithm and self-learning simulation extract the missing aspects from a system response. In a hybrid framework, experimental data is an integral part of modeling, rather than being used strictly for validation processes. The potential of the hybrid methodology is illustrated through modeling complex hysteretic behavior of beam-to-column connections.
Analysis of a framed structure for vertical vibration requires a lot of computational efforts because large number of degrees of freedom are generally involved in the dynamic responses. This paper presents an efficient modeling technique for vertical vibration utilizing substructuring technique and super elements. To simplify the modeling procedure each floor in a structure is modeled as a substructure. Only the vertical translational degrees of freedom are selected as master degrees of freedom in the inside of each substructure. At the substructure-column interface, horizontal and rotational degrees of freedom are also included considering the compatibility condition of slabs and columns. For further simplification, the repeated parts in a substructure are modeled as super elements, which reduces computation time required for the construction of system matrices in a substructure. Finally, the Guyan reduction technique is applied to enhance the efficiency of dynamic analysis. In numerical examples, the efficiency and accuracy of the proposed method are demonstrated by comparing the response time histories and the analysis time.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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