In this paper, a meshfree-enriched finite element method (ME-FEM) is introduced for the large deformation analysis of nonlinear path-dependent problems involving contact. In linear ME-FEM, the element formulation is established by introducing a meshfree convex approximation into the linear triangular element in 2D and linear tetrahedron element in 3D along with an enriched meshfree node. In nonlinear formulation, the area-weighted smoothing scheme for deformation gradient is then developed in conjunction with the meshfree-enriched element interpolation functions to yield a discrete divergence-free property at the integration points, which is essential to enhance the stress calculation in the stage of plastic deformation. A modified variational formulation using the smoothed deformation gradient is developed for path-dependent material analysis. In the industrial metal forming problems, the mortar contact algorithm is implemented in the explicit formulation. Since the meshfree-enriched element shape functions are constructed using the meshfree convex approximation, they pose the desired Kronecker-delta property at the element edge thus requires no special treatments in the enforcement of essential boundary condition as well as the contact conditions. As a result, this approach can be easily incorporated into a conventional displacement-based finite element code. Two elasto-plastic problems are studied and the numerical results indicated that ME-FEM is capable of delivering a volumetric locking-free and pressure oscillation-free solutions for the large deformation problems in metal forming analysis.
Numerical analysis of two-fluid flows for both water and air is carried out. Free-Surface flows with an arbitrary deformation have been simulated around two dimensional submerged hydrofoil. The computation is performed using a finite volume method with unstructured meshes and an interface capturing scheme to determine the shape of the free surface. The method uses control volumes with an arbitrary number of faces and allows cell-wise local mesh refinement. the integration in space is of second order based on midpoint rule integration and linear interpolation. The method is fully implicit and uses quadratic interpolation in time through three time levels The linear equation systems are solved by conjugate gradient type solvers and the non-linearity of equations is accounted for through picard iterations. The solution method is of pressure-correction type and solves sequentially the linearized momentum equations the continuity equation the conservation equation of one species and the equations or two turbulence quantities.
Finite element models and numerical results are presented for bending and natural vibration using the unified third-order plate theory developed in Part 1 of this paper. The unified third-order theory contains the classical, first-order, and other third-order plate theories as special cases. Analytical solutions are developed using the Navier and L$\acute{e}$vy solution procedures (see Part 1 of the paper). Displacement finite element models of the unified third-order theory are developed herein. The finite element models are based on $C^0$ interpolation of the inplane displacements and rotation functions and $C^1$ interpolation of the transverse deflection. Numerical results of bending and natural vibration are presented to evaluate the accuracy of various plate theories.
Transforms including translation and rotation are required for registering two or more images. In medical applications, different registration methods have been applied depending on the structures: for rigid bodies such as bone structures, affine transformation was widely used. In most previous research, a single transform was used for registering the whole images, which resulted in low registration accuracy especially when the degree of deformation was high between two images. In this paper, a novel registration method is introduced which is based image sub-division and bilinear interpolation of transformations. The proposed method enhanced the registration accuracy by 40% comparing with Trimmed ICP for registering color and MRI images.
Free-surface flows with an arbitrary deformation, induced by a submerged hydrofoil, are simulated numerically, considering two-fluid flows of both water and air. The computation is performed by a finite volume method using unstructured meshes and an interface capturing scheme to determine the shape of the free surface. The method uses control volumes with an arbitrary number of faces and allows cell wise local mesh refinement. The integration in space is of second order, based on midpoint rule integration and linear interpolation. The method is fully implicit and uses quadratic interpolation in time through three time levels. The linear equations are solved by conjugate gradient type solvers, and the non-linearity of equations is accounted for through Picard iterations. The solution method is of pressure-correction type and solves sequentially the linearized momentum equations, the continuity equation, the conservation equation of one species, and the equations for two turbulence quantities. Finally, a comparison is quantitatively made at the same speed between the computation and experiment in which the grid sensitivity is numerically checked.
This paper is a presentation of a physical model for the elastic-partly plastic behavior of rectangular hollow section pinned struts subjected to static cyclic axial loading and the evaluation of the compressive strength of retrofitted damaged struts. Retrofitting is achieved by welding stiffening plates along the webs of damaged struts. The shape of the elastic and permanent deformations of the strut axis satisfy the conditions at the ends and midspan. Continuous functions of the geometric variables of stress distributions in the yielded zone are evaluated by interpolation between three points along each partly plastic zone. Permanent deformations of the partly plastic region are computed and used to update the shape of the unloaded strut. The necessity of considering geometric nonlinearity is discussed. The sensitivity of the results to the location of interpolation points, the shape of the permanent deformation and material hysteretic properties is investigated.
This article proposes a digital image correlation (DIC) strain measurement method based on a finite element (FE) algorithm. A two-step digital image correlation is presented. In the first step, the gradient-based subpixels technique is used to search the displacements of a region of interest of the specimen, and then the strain fields are obtained by utilizing the finite element method in the second step. Both simulation and experiment processing, including tensile strain deformation, show that the proposed method can achieve nearly the same accuracy as the cubic spline interpolation method in most cases and higher accuracy in some cases, such as the simulations of uniaxial tension with and without noise. The results show that it also has a good noise-robustness. Finally, this method is used in the uniaxial tensile testing for Dahurian Larch wood specimens with or without a hole, and the obtained strain values are close to the results which were obtained from the strain gauge and the cubic spline interpolation method.
An equivalent single-layer theory (EST) is put forward for analyzing free vibrations of steel-concrete composite beams (SCCB) based on a higher-order beam theory. In the EST, the effect of partial interaction between sub-beams and the transverse shear deformation are taken into account. After using the interlaminar shear force continuity condition and the shear stress free conditions at the top and bottom surface, the displacement function of the EST does not contain the first derivatives of transverse displacement. Therefore, the C0 interpolation functions are just demanded during its finite element implementation. Finally, the EST is validated by comparing the results of two simply-supported steel-concrete composite beams which are tested in laboratory and calculated by ANSYS software. Then, the influencing factors for free vibrations of SCCB are analyzed, such as, different boundary conditions, depth to span ratio, high-order shear terms, and interfacial shear connector stiffness.
A new last design approach based on the Limb line FFD (LFFD) and Scale factor FFD (SFFD) is presented in this paper. The proposed last design method utilizes the dynamic trimmed parametric patches for the measured foot 3D data and last 3D data. Furthermore, the proposed last data generation system utilizes cross sectional data extracted obtained from the measured 3D foot data. First, the last design rule of the LFFD is constructed on the FFD lattice based on foot last shape analysis. Secondly, SFFD is constructed on the LFFD new lattice based on scale factor deformation. The scale factor is constructed on the boundary edges of polygonized patch and the cross section last data boundary edge of the polygon object. Suppose the two boundary curves have been preprocessed so that they run in the same direction and they forms the SF(Scale Factor). In addition, the control points of FFD lattice are derived with cross. sectional data interpolation methods from a finite set of 3D foot data.
The optical method Digital Speckle Correlation Measurement (DSCM) has been extensively applied due its capability to measure the entire displacement field over a body surface. A formula of displacement measurement errors by the gradient-based DSCM method was derived. The errors were found to explicitly relate to the image grayscale errors consisting of sub-pixel interpolation algorithm errors, image noise, and subset deformation mismatch at each point of the subset. A power-law dependence of the standard deviation of displacement measurement errors on the subset size was established when the subset deformation was rigid body translation and random image noise was dominant and it was confirmed by both the numerical and experimental results. In a gradient-based algorithm the basic assumption is rigid body translation of the interrogated subsets, however, this is in contradiction to the real circumstances where strains exist. Numerical and experimental results also indicated that, subset shape function mismatch was dominant when the order of the assumed subset shape function was lower than that of the actual subset deformation field and the power-law dependence clearly broke down. The power-law relationship further leads to a simple criterion for choosing a suitable subset size, image quality, sub-pixel algorithm, and subset shape function for DSCM.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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