A new approach to analyze the multi-domain acoustic system divided and enclosed by flexible structures is presented in this paper. The boundary element formulation of the Helmholtz integral equation is used for the internal fields and the finite element formulation for the structures surrounding the fields. We developed a numerical analysis program for the structural-acoustic coupling problems of the multi-domain system, in which boundary conditions such as the continuity of normal particle velocity and sound pressure in the structural interfaces between Field 1 and Field 2 are not needed. The validity of the numerical analysis program is verified by comparing the numerical results with the experimental ones. Example problems are included to investigate the characteristics of the coupled multi-domain system.
Kim, Nam-Kyung;Lee, Se-Hee;Georghiou, G.E.;Kim, Dong-Wook;Kim, Dong-Hun
Journal of Electrical Engineering and Technology
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v.7
no.1
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pp.97-102
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2012
To predict accurately the breakdown voltage in air at atmospheric pressure, a fully coupled finite element analysis combining the hydrodynamic diffusion-drift equations with Poisson's equation is proposed in the current paper. As three kinds of charged transport particles are nonlinearly coupled with spatial electric fields, the equations should be solved by an iterative numerical scheme, in which secondary effects, such as photoemission and photoionization, are considered. The proposed method has been successfully applied to evaluate the breakdown voltage in circular parallel-plane electrodes. Its validity has been proved through the comparison of the predicted and experimental results. The effects of numerical conditions of the initial charge, photoemission, and background ionization on the discharge phenomena are quantitatively assessed through Taguchi's design of experiment method.
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 this paper a finite element based system is presented for the prediction of the distributions of the recrystallized grain sizes in the workpiece in hot forging. The system adopts a fully coupled finite element thermo-mechanical model for predicting plastic deformation and heat transfer occurring in the workpiece and employs existing metallurgical models relating the recrystalliza-tion behavior with the thermo-mechanical variables such as temperatures strain and strain rate. The system is applied to upsetting of cylindrical preform. The predicted grain sizes are compared with the measurements. It is further applied to forging of a complex-shaped product.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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v.20
no.3
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pp.243-259
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2016
The Richards equation for water movement in unsaturated soil is highly nonlinear partial differential equations which are not solvable analytically unless unrealistic and oversimplifying assumptions are made regarding the attributes, dynamics, and properties of the physical systems. Therefore, conventionally, numerical solutions are the only feasible procedures to model flow in partially saturated porous media. The standard Finite element numerical technique is usually coupled with an Euler time discretizations scheme. Except for the fully explicit forward method, any other Euler time-marching algorithm generates nonlinear algebraic equations which should be solved using iterative procedures such as Newton and Picard iterations. In this study, lumped mass and distributed mass in the frame of Picard and Newton iterative techniques were evaluated to determine the most efficient method to solve the Richards equation with finite element model. The accuracy and computational efficiency of the scheme and of the Picard and Newton models are assessed for three test problems simulating one-dimensional flow processes in unsaturated porous media. Results demonstrated that, the conventional mass distributed finite element method suffers from numerical oscillations at the wetting front, especially for very dry initial conditions. Even though small mesh sizes are applied for all the test problems, it is shown that the traditional mass-distributed scheme can still generate an incorrect response due to the highly nonlinear properties of water flow in unsaturated soil and cause numerical oscillation. On the other hand, non oscillatory solutions are obtained and non-physics solutions for these problems are evaded by using the mass-lumped finite element method.
In this paper, a numerical methodology for health monitoring of weldment was proposed using finite element method coupled with continuum damage mechanics. The welding-induced residual stress distribution of T-joint weldment was calculated using a commercial finite element package SYSWELD+. The distribution of latent damage was evaluated from the stress and strain components taken as the output of a finite element calculation. Numerical examples were given to demonstrate the usefulness of this so-called "post-processing approach" in the case of welding-induced damage assessment.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers B
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v.51
no.9
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pp.499-508
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2002
This paper presents a finite element analysis of the electromechanical field in the spindle motor of a computer hard disk drive considering the speed control and mechanical flexibility. The driving circuit equation is modified by considering the switching action of PWM inverter, and is coupled with the Maxwell equation to obtain the nonlinear time-stepping finite element equation for the analysis of magnetic field. Magnetic force and torque are calculated by the Maxwell stress tensor. Mechanical motion of a rotor is determined by a time-stopping finite element method considering the flexibility of shaft, rotor and bearing. Both magnetic and mechanical finite element equations are combined in the closed loop to control the speed using PWM. Simulation results are verified by the experiments, and they are in food agreement with the experimental results.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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1996.03b
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pp.145-155
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1996
The extrusion velocity of billet through a die and the shapes of the die are the important factors in the metal forming process of the extrusion of billet. in recent years, the life cycle of products is goingfaster. Although the former finite element method was capable of yielding a detailed analysis, it requires lots of time and extensive coding effort. Then, some simple devices were developed and based on upper bound method. For this purpose , a kinematically admiasible velocity field is formulated for extrusion of cylinders with arbitrary cross section and die profile on their outer surfaces by using a modified upper bound approach, which configures simulataneous extruding speeds in three directions . Also, In order to display mesh of the cold forward extrusion process using the approach , the automatic three-dimentional mesh generation produced by the approach coupled finite element method with upper bound method.
A constitutive model on oorthotropic thermo-elasto-viscoplasticity for fiber-reinforced composite materials Is illustrated, and their thermomechanical responses are predicted with the fully-coupled finite element formulation. The unmixing-mixing scheme can be adopted with the multipartite matrix method as the constitutive model. Basic assumptions based upon the composite micromechanics are postulated, and the strain components of thermal expansion due to temperature change are included In the formulation. Also. more than two sets of mechanical variables, which represent the deformation states of multipartite matrix can be introduced arbitrarily. In particular, the unmixing-mixing scheme can be used with any well-known isotropic viscoplastic theory of the matrix material. The scheme unnecessitates the complex processes for developing an orthotropic viscoplastic theory. The governing equations based on fully-coupled thermomechanics are derived with constitutive arrangement by the unmixing-mixing concept. By considering some auxiliary conditions, the Initial-boundary value problem Is completely set up. As a tool of numerical analyses, the finite element method Is used with isoparametric Interpolation fer the displacement and the temperature fields. The equation of mutton and the energy conservation equation are spatially discretized, and then the time marching techniques such as the Newmark method and the Crank-Nicolson technique are applied. To solve the ultimate nonlinear simultaneous equations, a successive iteration algorithm is constructed with subincrementing technique. As a numerical study, a series of analyses are performed with the main focus on the thermomechanical coupling effect in composite materials. The progress of viscoplastic deformation, the stress-strain relation, and the temperature History are careful1y examined when composite laminates are subjected to repeated cyclic loading.
Kim, Seong-Ho;Ryu, Sung-Heon;Choi, Joo-Hyung;Cho, Jin-Rae
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.28
no.11
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pp.1786-1793
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2004
A fundamental function of court sport shoes was considered as the protection of human feet from unexpected injuries. But, recently its role for improving the playing competency has been regarded as of more importance. In connection of this situation, intensive efforts are world-widely forced on the development of court sport shoes proving the excellent playing competency by taking kinesiology and biomechanics into consideration. However, the success of this goal depends definitely on the shoes design based upon the reliable evaluation of shoes functional parts. This paper addresses the application of finite element method to the evaluation of landing impact force of court sport shoes. In order to reflect the coupling effect between leg and shoes accurately and effectively, we construct a fully coupled shoes-leg FEM model which does not rely on the independent experimental data any more. Through the numerical experiments, we assess the reliability of the coupled FEM model by comparing with the experimental results and investigate the landing impact characteristics of court sport shoes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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