A new meshfree formulation is developed for material discontinuity problems. A local interfacial jump function which is defined as hyperplane function is embedded in the meshless approximation and the approximation accurately models functions with jumps in the displacement and the derivative fields. Diffuse derivative technique copes with difficulty due to complexity of derivative computation of meshfree approximation. Collocation method with diffuse derivative accelerates computing speed for numerical solution. By solving inclusion and composite material problems, the robustness and effectiveness of the method are verified.
Rukavina, Ivan;Ibrahimbegovic, Adnan;Do, Xuan Nam;Markovic, Damijan
Coupled systems mechanics
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제8권2호
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pp.111-127
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2019
In this paper, we present a 2D multi-scale coupling computation procedure for localized failure. When modeling the behavior of a structure by a multi-scale method, the macro-scale is used to describe the homogenized response of the structure, and the micro-scale to describe the details of the behavior on the smaller scale of the material where some inelastic mechanisms, like damage or plasticity, can be defined. The micro-scale mesh is defined for each multi-scale element in a way to fit entirely inside it. The two scales are coupled by imposing the constraint on the displacement field over their interface. An embedded discontinuity is implemented in the macro-scale element to capture the softening behavior happening on the micro-scale. The computation is performed using the operator split solution procedure on both scales.
안전을 위해 단층대를 피해 지하구조물을 건설하는 것이 가장 바람직하겠지만 현실적인 제약과 현장의 조건 때문에 이것이 언제나 가능한 것은 아니다. 예를 들어, 지속해서 논의가 진행 중인 한일 해저터널의 경우 어쩔 수 없이 대한해협의 단층대를 통과해야 한다. 따라서 단층 슬립 시 지하구조물의 잠재적인 거동을 파악하는 효율적인 방법이 필요하다. 본 고에서는 비교적 간단한 수치해석을 이용해 경사가 45도인 정단층에 발생한 응력에 관한 연구 결과를 수록하였다. 균열면에서 변위가 불연속적이라는 가정을 바탕으로 경계 요소 수치해석 프로그램을 이용해 단층의 상반과 하반에서 각기 다르게 발생한 변위를 산정 할 수 있었다. 우리는 해석 결과를 통해 단층 슬립 시 단층면에서 주응력의 방향이 45도 회전했으며 이것이 선행 연구와도 일치함을 확인했다. 본 연구에서 사용한 수치해석적 접근 방법을 지하구조물 건설과 관련된 다른 단층대 문제에도 적용할 수 있을 것으로 기대된다.
In railway structure, long rail causes the increase of stress. Especially, additional stress and displacement are caused by the discontinuity and variations of the stiffness of substructures in the section of bridges. In the other words, binding forces like the connection strengths and friction force between ties and ballasts play the role of resistance forces.(omitted)
Mixed finite element formulations for incompressible materials show pressure oscillations or pressure modes in four-node quadrilateral elements. The criterion for the stability in the pressure solution is the so-called Babufka-Brezzi stability condition, and the four-node elements based on mixed variational principles do not appear to satisfy this condition. In this study, a pressure continuity residual based on the pressure discontinuity at element edges is used to study the stabilization of pressure solutions in bilinear displacement-constant pressure four-node quadrilateral elements. It is shown that the pressure solutions, although stable, exhibit sensitivity to the stabilization parameters.
Finite element alternating method have been suggested and used for assessing the integrity of cracked structures. In the paper, in order to analyze arbitrarily shaped three dimensional cracks, the finite element alternating method is extended. The cracks are modeled as a distribution of displacement discontinuities by the displacement discontinuity method and the symmetric Galerkin boundary element method. Applied the proposed method to three dimensional crack included in the elbow, the efficiency and applicability of the method were demonstrated.
Here, the dynamic response characteristics of thick cross-ply laminated composite cylindrical shells are studied using a higher-order displacement model. The formulation accounts for the nonlinear variation of the in-plane and transverse displacements through the thickness, and abrupt discontinuity in slope of the in-plane displacements at any interface. The effect of inplane and rotary inertia terms is included. The analysis is carried out using finite element approach. The influences of various terms in the higher-order displacement field on the free vibrations, and transient dynamic response characteristics of cylindrical composite shells subjected to thermal and mechanical loads are analyzed.
An integral equation representation of cracks was presented, which differs from well-known "dislocation layer" representation. In this new representation, an integral equation representation of cracks was developed and coupled to the direct boundary-element method for treatment of cracks in plane finite bodies. The method was developed for in-plane (modes I and II) loadings only. In this paper, the method is formulated and applied to mode III problems involving smooth or kinked cracks in finite region. The results are compared to exact solutions where available and the method is shown to be very accurate despite of its simplicity.implicity.
Many analysis methods, including finite element method, have been suggested and used for assessing the integrity of cracked structures. In the paper, in order to analyze arbitrarily shaped three dimensional cracks in an infinite body, the finite element alternating method is extended. The cracks are modeled as a distribution of displacement discontinuities by the displacement discontinuity method and the symmetric Galerkin boundary element method. Applied the proposed method to several example problems for planner cracks in finite bodies, the accuracy and efficiency of the method were demonstrated.
This paper presents an effective application of a variable-node axisymmetric solid element designated as AQV (Axisymmetric Quadrilateral Variable-node element). The variable-node element with physical midside nodes helps to overcome some problems in connecting the different layer patterns on a quadrilateral mesh in the adaptive h-refinement. This element alleviates the necessity of imposing displacement constraints on irregular (hanging) nodes in order to enforce the inter-element compatibility. Therefore, the elements with variable mid-side nodes can be used effectively in the local mesh refinement for the axisymmetric structures which have stress concentrations. A modified Gaussian quadrature should be adopted to evaluate the stiffness matrices of the variable-node elements mainly because of the slope discontinuity of assumed displacement within the elements. Some numerical examples show the usefulness of variable-node axisymmetric elements in the practical application.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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