Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2000.10a
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pp.115-124
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2000
An efficient multi-level (EML) optimization algorithm using discrete variables of framed structures is proposed in this paper. For the efficiency of the proposed algorithm multi-level optimization techniques using a decomposition method that separates both system-level and element-level are incorporated in the algorithm In the system-level, to save the numerical efforts an efficient reanalysis technique through approximated structural responses such as moments and frequencies with respect to intermediate variables is proposed in the paper. Sensitivity analysis of dynamic structural response is executed by automatic differentiation (AD) that is a powerful technique for computing complex or implicit derivatives accurately and efficiently with minimal human effort. In the element-level, to use AISC W-sections a section search algorithm is introduced. The efficiency and robustness of the EML algorithm, compared with a conventional multi-level (CML) algorithm and single-level genetic algorithm is successfully demonstrated in the numerical examples.
The vibration characteristic analysis of sandwich cylindrical shells subjected with magnetorheological (MR) elastomer and constraining layer are considered in this study. And, the discrete finite element method is adopted to calculate the vibration and damping characteristics of the sandwich cylindrical shell system. The effects of thickness of the MR elastomer, constraining layer, applied magnetic fields on the vibration characteristics of the sandwich shell system are also studied in this paper. Additionally, the rheological properties of the MR elastomer can be changed by applying various magnetic fields and the properties of the MR elastomer are described by complex quantities. The natural frequencies and modal loss factor of the sandwich cylindrical shells are calculated for many designed parameters. The core layer of MR elastomer is found to have significant effects on the damping behavior of the sandwich cylindrical shells.
In this paper, the Gauge-Uzawa methods for the Darcy-Brinkman equations driven by temperature and salt concentration (DBTC) are proposed. The first order backward difference formula is adopted to approximate the time derivative term, and the linear term is treated implicitly, the nonlinear terms are treated semi-implicit. In each time step, the coupling elliptic problems of velocity, temperature and salt concentration are solved, and then the pressure is solved. The unconditional stability and error estimations of the first order semi-discrete scheme are derived, at the same time, the unconditional stability of the first order fully discrete scheme is obtained. Some numerical experiments verify the theoretical prediction and show the effectiveness of the proposed methods.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1994.04a
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pp.17-24
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1994
In the analysis pre-cast large panel structures, we can use the new discrete analyzing method to be consisted of rigid bodies. Because the pre-cast panels we still more rigid than the connection, the rigid element method is more efficient numerical method than F. E. M. The characteristics of R. E. M. is that strains in element are not occurred by external loadings and the deformation of the structures by external loadings is transmitted through springs around elements. In this study, we focus on the comparison of the results from the R. E. M. and the F. E. M. in order to establish the validity of the R. E. M. to analysis of pre-cast panel structures.
First, methods of numerical analysis of gas-particle flows is classified into micro, meso and macro scale approaches based on the concept of multi-scale mechanics. Next, the explanation moves on to discrete particle simulation where motion of individual particles is calculated numerically using the Newtonian equations of motion. The author focuses on the cases where particle-to-particle interaction has significant effects on the phenomena. Concerning the particle-to-particle interaction, two cases are considered: the one is collision-dominated flows and the other is the contact-dominated flows. To treat this interaction mathematically, techniques named DEM(Distinct Element Method) or DSMC (Direct Simulation Monte Carlo) have been developed DEM, which has been developed in the field of soil mechanics, is useful for the contact -dominated flows and DSMC method, developed in molecular gas flows, is for the collision-dominated flows. Combining DEM or DSMC with CFD (computer fluid dynamics), the discrete particle simulation becomes a more practical tool for industrial flows because not only the particle-particle interaction but particle-fluid interaction can be handled. As examples of simulations, various results are shown, such as hopper flows, particle segregation phenomena, particle mixing in a rotating drum, dense phase pneumatic conveying, spouted bed, dense phase fluidized bed, fast circulating fluidized bed and so on.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.19
no.12
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pp.34-41
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2020
Ready-mixed concrete is unconsolidated concrete typically transported to construction sites by using mixer trucks. A proper rotation of concrete is necessary to prevent its solidification in mixer trucks during transport: in accordance with the manufacturing method and quality inspection prescribed in KSF4009, this movement is maintained after the manufacturing of concrete in professional production plants and the addition of water, solid materials, and admixtures. Unfortunately, mixer truck parts wear out over long periods of time. In order to improve the wear resistance of the main part of mixer trucks, we used a steel plate with good wear resistance or partially added a reinforcement plate. In this study, we first tested the properties of concrete (as required for the DEM), and then carried out mixing and discharge simulations to define the actual operating conditions of mixer trucks. For each condition, we calculated the amount and location of wear. The reliability of our results was finally verified by comparing them with the measurement values. Overall, this study provided basic data for an optimal design of mixer trucks: one that would reduce the vehicles' weight and production costs.
The mechanical behaviour and stability of coal mining engineering underground is significantly affected by ground water. In this study, nuclear magnetic resonance imaging (NMRI) technique was employed to determine the water distribution characteristics in coal specimens during saturation process, based on which the functional rule for water distribution was proposed. Then, using discrete element method (DEM), an innovative numerical modelling method was developed to simulate water-weakening effect on coal behaviour considering moisture content and water distribution. Three water distribution numerical models, namely surface-wetting model, core-wetting model and uniform-wetting model, were established to explore the water distribution influences. The feasibility and validity of the surface-wetting model were further demonstrated by comparing the simulation results with laboratory results. The investigation reveals that coal mechanical properties are affected by both water saturation coefficient and water distribution condition. For all water distribution models, micro-cracks always initiate and nucleate in the water-rich area and thus lead to distinct macro fracture characteristics. With the increase of water saturation coefficient, the failure of coal tends to be less violent with less cracks and ejected fragments. In addition, the core-wetting specimen is more sensitive to water than specimens with other water distribution models.
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.
The objective of this study was to develop a simple and efficient numerical modeling technique for dynamic crack propagation using the finite element method. The study focused on the analysis of a rapidly propagation crack in an elastic body. As already known, discrete crack tip advance with the stationary node procedure results in spurious oscillation in the calculated energy terms. To reduce the spurious oscillation, a simple and efficient moving node procedure is proposed. The procedure does require neither remeshing the discretization nor distorting the original mesh. Two different central difference schemes are also evaluated and compared for dynamic crack propagation problem.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.4
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pp.574-581
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2001
Transient linear elastodynamic problems are numerically analyzed in a time-domain by the Finite Element Method, for which the variational formulation based upon the equations of motion in convolution integral is newly derived. This formulation is implicit and does not include the time derivative terms so that the computation procedure is simple and less assumptions are required comparing to the conventional time-domain dynamic numerical algorithms, being able to get the improved numerical accuracy and stability. That formulation is expanded using the semi-discrete approximation to obtain the finite element equations. In the temporal approximation, the time axis is divided equally and constant and linear time variations are assumed in those intervals. It is found that unconditionally stable numerical results are obtained in case of the constant time variation. Some numerical examples are given to show the versatility of the presented formulation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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