The crashworthiness of vehicles with finite element methods depends on the geometry modeling and the material properties. The vehicle body structures are generally composed of various members such as frames, stamped panels and deep-drawn parts from sheet metals. In order to ensure the impact characteristics of auto-body structures, the dynamic behavior of sheet metals must be examined to provide the appropriate constitutive relation. In this paper, high strain-rate tensile tests have been carried out with a tension type split Hopkinson bar apparatus specially designed for sheet metals. Experimental results from both static and dynamic tests with the tension split Hopkinson bar apparatus are interpolated to construct the Johnson-Cook and a modified Johnson-Cook equation as the constitutive relation, that should be applied to simulation of the dynamic behavior of auto-body structures. Simulation of auto-body structures has been carried out with an elasto-plastic finite element method with explicit time integration. The stress integration scheme with the plastic predictor-elastic corrector method is adopted in order to accurately keep track of the stress-strain relation for the rate-dependent model accurately. The crashworthiness of the structure with quasi-static constitutive relation is compared to the one with the rate-dependent constitutive model. Numerical simulation has been carried out for frontal frames and a hood of an automobile. Deformed shapes and the Impact energy absorption of the structure are investigated with the variation of the strain rate.
Multi-regional water supply system, which installed for supplying multiple water demands, is characterized by large-sized, long-distance, tree-type layout. This system is vulnerable to long-standing service interruption when a pipe breaks is occurred. In this study, a numerical method is proposed to calculate drainage time that directly affects time of service interruption. To begin with, governing equations are formulated to embed the delayed drainage effect by the friction loss, and to resolve complicated connection of pipelines, which are derived from the continuity and energy equations. The nonlinear hydraulic equations are solved by using explicit time integration method and the Newton-Raphson method. The developed model is verified by comparing the result with analytical solution. Furthermore, the model's applicability is validated by the examples of pipelines in serial, in parallel, and complex layout. Finally, the model is utilized to suggest an appropriate actions to reduce the deviation of draining time in the C transmission line of the B multi-regional water supply system.
As a computational method for the discovery of the effective agonists for PPARd, we address the usefulness of molecular dynamics free energy (MDFE) simulation with explicit solvent in terms of the accuracy and the computing cost. For this purpose, we establish an efficient computational protocol of thermodynamic integration (TI) that is superior to free energy perturbation (FEP) method in parallel computing environment. Using this protocol, the relative binding affinities of GW501516 and its derivatives for PPARd are calculated. The accuracy of our protocol was evaluated in two steps. First, we devise a thermodynamic cycle to calculate the absolute and relative hydration free energies of test molecules. This allows a self-consistent check for the accuracy of the calculation protocol. Second, the calculated relative binding affinities of the selected ligands are compared with experimental IC50 values. The average deviation of the calculated binding free energies from the experimental results amounts at the most to 1 kcal/mol. The computational efficiency of current protocol is also assessed by comparing its execution times with those of the sequential version of the TI protocol. The results show that the calculation can be accelerated by 4 times when compared to the sequential run. Based on the calculations with the parallel computational protocol, a new potential agonist of GW501516 derivative is proposed.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.31
no.2
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pp.87-95
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2018
This paper introduces a new explicit spectral element method for the simulation of SH-waves in semi-infinite domains. To simulate the wave motion in unbounded domains, it is necessary to reduce the infinite extent to a finite computational domain of interest. To prevent the wave reflection from the trunctated boundaries, perfectly matched layer(PML) wave-absorbing boundary is introduced. The forward problem for simulating SH-waves in PML-truncated domains can be formulated as second-order PDEs. The second-order semi-discrete form of the governing PDEs is constructed by using a mixed spectral elements with Legendre-gauss-Lobatto quadrature method, which results in a diagonalized mass matrix. Then the second-order semi-discrete form is transformed to a first-order, whose solutions are calculated by the fourth-order Runge-Kutta method. Numerical examples showed that solutions of SH-wave in the two-dimensional analysis domain resulted in stable and accurate, and reflections from truncated boundaries could be reduced by using PML boundaries. Elastic wave propagation analysis using explicit time integration method may be apt for solving larger domain problems such as three-dimensional elastic wave problem more efficiently.
The objective of this investigation is to develop a compliant track link model and apply this model to the multi-body dynamic analysis of high mobility tracked vehicles. Two major difficulties encountered in developing the compliant track models. The first one is that the integration step size must be kept small in order to maintain the numerical stability of the solution. This solution deals with high oscillatory signals resulting from the impulsive contact forces and stiff compliant elements to represent the joints between the track links. The second difficulty is due to the large number of the system equations of motion of the three dimensional multibody tracked vehicle model. This problem was sloved by decoupling the equations of motion of the chassis subsystem and the track subsystems. Recursive methods are used to obtain a minimum set of equations for the chassis subsystem. Several simulation scenarios were tested for the high mobility tracked vehicle including accelaeration, high speed cruising, braking, and turning motion in order to demonstrate the effectiveness and validity of the methods proposed in this investigation.
A numerical approach combining the finite element method with two different stability criteria namely the Budiansky and the phase-plane buckling criteria is used to study the dynamic buckling phenomena of plate and shell structures subjected to sudden applied loading. In the finite element analysis an explicit time integration scheme is used and the two criteria are implemented in the Finite Element analysis. The dynamic responses of the plate and shell structures have been investigated for different values of the plate and shell imperfection factors. The results indicate that the dynamic buckling time, which is normally considered in predicting elasto-plastic buckling behavior, should be taken into consideration with the buckling criteria for elastic buckling analysis of plate and shell structures. By selecting proper control variables and incorporating them with two dynamic buckling criteria, the unique dynamic buckling load can be obtained and the problems of ambiguity and contradiction of dynamic buckling load of plate and shell structure can be resolved.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2004.04a
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pp.111-118
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2004
For the precise analysis of high velocity impact problem though FEM with element erosive method, the adequate mesh size and critical equivalent plastic strain(EQPS) is chosen prior to the simulation. In this research, it is strongly required from a standpoint that critical EQPS is used to decide whether perforation occurs or not. The optimization of dual armor plate consisting of 4340 steel and 2024 aluminium against a die steel sphere with high-velocity has been suggested using Lagrangian explicit time-integration code, NET2D. The response surface method based on the design of experiment is utilized for the size optimization. The optimized thickness of each layer, in which perforation does not occur, the strength of multi-layer is maximized and total weight is minimized, is obtained at a constant velocity of a pellet with a designated total thickness.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.22
no.1
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pp.104-112
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1998
The mold filling process has been a central issue in the development of numerical methods to solve the casting processes. A mold filling which is inherently transient free surface fluid flow, is important because the quality of casting highly depends on such phenomenon, Most of the existing numerical schemes to solve mold filling process have severe limitations in time step restrictions or Courant criteria since explicit time integration is used. Therefore, a large computation time is required to analyze casting processes. In this study, the well known SOLA-VOF method has been modified implicitly to simulate the mold filling process. Solutions to example filling problems show that the proposed method is more efficient in computation time than the original SOLA -VOF method.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.6
no.3
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pp.143-153
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1998
In this reaserch, a program for real time simulation of a vehicle is developed. This program uses relative coordinates to save the computation time and BDF(Backward Difference Formula) to integrate system variables. Numerical tests were performed for J-turn and Lane change steering, respectively. The validity of the program is proved by the ADAMS package. Numerical results showed that the proposed implicit method is more stable in carrying out the numerical integration for vehicle dynamics than the explicit method. Hardware requirements for real time simulation are suggested.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.22
no.1
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pp.121-131
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1998
This paper applies the FE analysis procedure, developed in the Part I of the companion article, to the three-dimensional rubber pad deformation during rubber-pad forming process. Effects of different algorithms corresponding to incompressibility constraint and time integration methods on numerical solution responses are investigated. Laboratory scale experiments support the validity of the developed FE procedure an demonstrate the accuracy of the numerical models. Full scale model responses are also predicted using the reasonable method and parameters obtained in laboratory modeling.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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