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.
A high precision shear deformable triangular element has been proposed for bending analysis of triangular plate. The element has twelve nodes at the three sides and four nodes inside the element. Initially the element has thirty-five degrees of freedom, which has been reduced to thirty by eliminating the degrees of freedom of the internal nodes through static condensation. Plates having different boundary conditions, side ratios (b/a) and thickness ratios (h/a = 0.001, 0.1 and 0.2) have been analyzed using the proposed shear locking free element. Concentrated and uniformly distributed transverse loads have been used for the analysis. The formulation is made based on first order shear deformation theory. For validation of the present element and formulation few results of thin triangular plate have been compared with the analytical solutions. Results for thick plate have been presented as new results.
최근, 유한요소해석견과의 신뢰도를 향상시키기 위하여 활발하게 연구되고 있는 적응유한요소해석은 반복계산을 통해서 해석결과의 오차가 사용자에 의해 지정된 허용오차와 같아지도록 하는 해석방법이다. 이와 간은 적응유한요소해석은 해석결과의 오차평가와 이에 따른 유한요소의 재구성과정으로 나누어진다. rp방법에서는 절점의 위치를 이동시켜 요소의 크기를 조절하는 r방법과 형상함수찻수를 증가시키는 p방법을 동시에 적용함으로써 적응해석의 유효성을 향상시키고자 하였다. 제안한 rp방법의 특성을 규명하고 적응해석의 유효성을 보이기 위하여 전형적인 이차원 평면문제들을 해석하고 그 결과를 검토하였다.
This paper presented an evaluation method for the efficiency uncertainty of a three-phase induction motor using finite element analysis. The motor efficiency in the finite element analysis is calculated by the loss separation method as in the actual test. In the process of evaluating the efficiency uncertainty, the difference between the finite element analysis and the actual test is the method of calculating the type-A / B standard uncertainty of the input quantity to estimate the efficiency and each losses. For the input quantities which can confirm the instantaneous values with respect to time, the type-A standard uncertainty in the finite element analysis is calculated from the RMS values or average values having separate periods in the steady state. And, the type-B standard uncertainty in the finite element analysis is assumed to be zero. Also, this paper compared and analyzed the efficiency uncertainty evaluated by the proposed method and the efficiency uncertainty through the actual test.
The resistance spot-welded region in most current finite element crash models is characterized as a rigid beam at the location of the welded spot. The region is modeled to fail with a failure criterion which is a function of the axial and shear load at the rigid beam. The calculation of the load acting on the rigid beam is important to evaluate the failure of the spot-weld. In this paper, numerical simulation is carried out to evaluate the calculation of the load at the rigid beam. At first, the load on the spot-welded region is calculated with the precise finite element model considering the residual stress due to the thermal history during the spot welding procedure. And then, the load is compared with the one obtained from the model used in the crash analysis with respect to the element size, the element shape and the number of imposed constraints. Analysis results demonstrate that the load acting on the spot-welded element is correctly calculated by the change of the element shape around the welded region and the location of welded constrains. The results provide a guideline for an accurate finite element modeling of the spot-welded region in the crash analysis of vehicles.
Since spent nuclear fuel assemblies (SFA) are transported to interim storage or final disposal facility after cooling the decay heat, finite element analysis (FEA) with simplification is widely used to show their integrity against cladding failure to cause dispersal of radioactive material. However, there is a lack of research addressing the comprehensive impact of shape and element simplification on analysis results. In this study, for the optimization of a typical pressurized water reactor SFA, different types of finite element models were generated by changing number of fuel rods, fuel rod element type and assembly length. A series of FEA in use of these different models were conducted under a shock load data obtained from surrogate fuel assembly transportation test. Effects of number of fuel rods, element type and length of assembly were also analyzed, which shows that the element type of fuel rod mainly affected on cladding strain. Finally, an optimal finite element model was determined for other practical application in the future.
This study is concerned with computerized multi-level substructuring methods and stress analysis of coil springs. The purpose of substructuring methods is to reduce computing time and capacity of computer memory by multiple level reduction of the degrees of freedom in large size problems which are modeled by three dimensional continuum finite elements. In this paper, a super element has been developed for stress analysis of coil springs. The spring super element developed has been examined with tension and torsion simulation of cylindrical bars for demonstrating its validity. The result shows that the super element enhances the computing efficiency while it does not affect the accuracy of the results and it is ready for application to the coil spring analysis.
The fatigue crack opening behavior is analyzed using finite element method. Because extremely fine mesh subdivision is required when using constant stress constant strain triangular element, this study uses conventional two dimensional eight node isoparametric elements. Since plasitc zone size is similar to crack propagating length per each load cycle because of relatively large element size, a new analysis model that a crack propagates every two load cycle is suggested. the opening load and crack opening displacement can be obtained accurately by this method.
The objective of this study is the finite element-transfer stiffness coefficient method, which is the combination of the modeling technique of finite element method and the transfer technique of transfer stiffness coefficient method, is applied in the static analyses of two dimensional curved beam structures. To confirm the effectiveness of the applied method, two computational models are selected and analyzed by using finite element method, finite element-transfer stiffness coefficient method and exact solution. The computational results of the static analyses for two computational models using finite element-transfer stiffness coefficient method are equal to those using finite element method. When the element partition number of curved beam structure is increased, the computational results of the static analyses using both methods approach the exact solution. We confirmed that the finite element-transfer stiffness coefficient method is superior to finite element method when the number of the curved beam elements is increased from the viewpoints of the computational speed and the utility of computer memory.
Milli-structure components are classified as a component group whose size is between macro and micro scales, that is, about less than 20mm and larger than 1mm. The bending of these components of thin sheets has a typical phenomenon of bulk deformation because of the forming size. The recent trend towards miniaturization causes an increased demand for parts with very small dimensions. The conceptual miniature bending process enables the production of such parts with high productivity and accuracy. The stress values of the flow curve decrease with miniaturization, which means that coarse grained materials show a higher resistance against deformation, when the grain size is in the range of the sheet thickness. In this paper, a new numerical approach is proposed to simulate intergranular milli-structure in forming by the finite element method. The grain element and grain boundary element are introduced to simulate the milli-structure of strip in the bending. The grain element is used to analyze the deformation of individual grain while the grain boundary element is for the investigation on the movement of the grain boundary. Also, the result of the finite element analysis is confirmed by a series of milli-sized forming experiments.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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