The objective of this paper is to introduce very fast but still stable solution using finite element procedures, and it has been used in an iterative mode for product design applications. A lot of numerical techniques have been developed to deal with the material, geometric and boundary condition non-linearities occurred in the stamping process. One of them, the One-Step FEM is very efficient and useful tool for a design and trouble-shooting in various stamping processes. In this method, the mathod, the material is assumed to deform directly from the initial flat blank to the final configuration without any intermediate steps. The formulation is based on the deformation theory of plasticity and the upper bound theorem. As a result of the calculations, the initial blank shape is obtained, together with the material flow, strains and thickness distribution in the part.
Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics
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v.27
no.11
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pp.20-24
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1990
A fast convergent solution to the scattering problem of a transverse electric (TE) plan wave by a periodic strip grating with a dielectric slab is considered. The present method follows from an expansion of the equivalent surface magnetic current placed over the shorted slot according to the equivalence principle in a series of Chebyshev polynomials satisfying the appropriate edge condition. To examine the accuracy and convergence of the present method, the numerical results are calculated for the reflection and transmission coefficients and compared with other results available in the literature.
In this paper, the solutions of TM (transverse magnetic) scattering problems by perfectly conducting strip grating on two dielectric layers are analyzed by applying the FGMM (Fourier Galerkin moment method) as a numerical method. For the TM scattering problem, the induced surface current density is expected to the very high value at both edges of the strip, then the induced surface current density on the strip is expanded in a series of the multiplication of the functions of appropriate edge boundary condition and the Chebyshev polynomials of the first kind. The numerical results are obtained for the magnitude of induced current density, the normalized reflected power and transmitted power. The numerical results using proposed functions were improved the convergence faster than existing exponential functions, and the numerical results shown the good agreement compared to those of the existing papers.
The Numerical study has been carried out to investigate the effects of chemical reaction and thermal radiation on the rocket plume flow-field at various altitudes. The theoretical formulation is based on the Navier-Stokes equations for compressible flows along with the infinitely fast chemistry and thermal radiation. The governing equations were solved by a finite volume fully-implicit TVD(Total Variation Diminishing) code which uses Roe's approximate Riemann solver and MUSCL(Monotone Upstream-centered Schemes for Conservation Laws) scheme. LU-SGS (Lower Upper Symmetric Gauss Seidel) method is used for the implicit solution strategy. An equilibrium chemistry module for hydrocarbon mixture with detailed thermo-chemical properties and a thermal radiation module for optically thin media were incorporated with the fluid dynamics code. In this study, kerosene-fueled rocket was assumed operating at O/F ratio of 2.34 with a nozzle expansion ratio of 6.14. Flight conditions considered were Mach number zero at ground level, Mach number 1.16 at altitude 5.06km and Mach number 2.9 at altitude 17.34km. Numerical results gave the understandings on the detailed plume structures at different altitude conditions. The diffusive effect of the thermal radiation on temperature field and the effect of chemical recombination during the expansion process could be also understood. By comparing the results from frozen flow and infinitely fast chemistry assumptions, the excess temperature of the exhaust gas resulting from the chemical recombination seems to be significant and cannot be neglected in the view point of performance, thermal protection and flow physics.
The natural convection and combined heat transfer induced by fire in a rectangular enclosure is numerically studied. The model for this numerical analysis is partially opened right wall. The solution procedure includes the standard k-$\varepsilon$ model for turbulent flow and the discrete ordinates method (DOM) is used for the calculation of radiative heat transfer equation. In numerical study, SIMPLE algorithm is applied for fluid flow analysis, and the investigations of combustion gas induced by fire is performed by FAST model of HAZARD I program. In this study, numerical simulation on the combined naturnal convection and radiation is carried out in a partial enclosure filled with absorbed-emitted gray media, but is not considered scattering problem. The streamlines, isothermal lines, average radiation intensity and kinetic energy are compared the results of pure convection with those of the combined convection-radiation, the combined heat transfer. Comparing the results of pure convection with those of the combined convection-radiation, the combined heat transfer analysis shows the stronger circulation than those of the pure convection. Three different locations of heat source are considered to observe the effect of heat source location on the heat transfer phenomena. As the results, the circulation and the heat transfer in the left region from heating block are much more influenced than those in the right region. It is also founded that the radiation effect cannot be neglected in analyzing the building in fire. And as the results of combustion gas analysis from FAST model, it is found that O2 concentration is decreased according to time. While CO and CO2 concentration are rapidly increased in the beginning(about 100sec), but slowly decreased from that time on.
The analytic and numerical solution of the 1$\frac{1}{2}$-layer and 2$\frac{1}{2}$-layer models are derived. The large coastal-sea level drop and the fast westward speed of the anticyclonic gyre due to strong offshore winds using two ocean models are investigated. The models are forced by wind stress fields similar in structure to the intense mountain-pass jets(${\sim}$20 dyne/$cm^{2}$) that appear in the Gulfs of Tehuantepec and Papagayo in the Central America for periods of 3${\sim}$7 days. Analytic and numerical solutions compare favorably with observations, the large sea-level drop (${\sim}$30 cm) at the coast and the fast westward propagation speeds (${\sim}$13 km/day) of the gyres. The coastal sea-level drop is enhanced by several factors: horizontal mixing, enhanced forcing, coastal geometry, and the existence of a second active layer in the 2$\frac{1}{2}$-layer model. Horizontal mixing enhances the sea-level drop because the coastal boundary layer is actually narrower with mixing. The forcing ${\tau}$/h is enhanced near the coast where h is thin. Especially, in analytic solutions to the 2$\frac{1}{2}$-layer model the presence of two baroclinic modes increases the sea-level drop to some degree. Of theses factors the strengthened forcing ${\tau}$/h has the largest effect on the magnitude of the drop, and when all of them are included the resulting maximum drop is -30.0 cm, close to observed values. To investigate the processes that influence the propagation speeds of anticyclonic gyre, several test wind-forced calculations were carried out. Solutions to dynamically simpler versions of the 1$\frac{1}{2}$-layer model show that the speed is increased both by ${\beta}$-induced self-advection and by larger h at the center ofthe gyres. Solutions to the 2$\frac{1}{2}$-layer model indicate that the lower-layer flow field advects the gyre westward and southward, significantly increasing their propagation speed. The Papagayo gyre propagates westward at a speed of 12.8 km/day, close to observed speeds.
In this study, a nonlinear wave simulation code is developed using a higher-order spectral (HOS) method. The HOS method is very efficient because it can determine the solution of the boundary value problem using fast Fourier transform (FFT) without matrix operation. Based on the HOS order, the vertical velocity of the free surface boundary was estimated and applied to the nonlinear free surface boundary condition. Time integration was carried out using the fourth order Runge-Kutta method, which is known to be stable for nonlinear free-surface problems. Numerical stability against the aliasing effect was guaranteed by using the zero-padding method. In addition to simulating the initial wave field distribution, a nonlinear adjusted region for wave generation and a damping region for wave absorption were introduced for wave generation simulation. To validate the developed simulation code, the adjusted simulation was carried out and its results were compared to the eighth order Stokes theory. Long-time simulations were carried out on the irregular wave field distribution, and nonlinear wave propagation characteristics were observed from the results of the simulations. Nonlinear adjusted and damping regions were introduced to implement a numerical wave tank that successfully generated nonlinear regular waves. According to the variation in the mean wave steepness, irregular wave simulations were carried out in the numerical wave tank. The simulation results indicated an increase in the nonlinear interaction between the wave components, which was numerically verified as the mean wave steepness. The results of this study demonstrate that the HOS method is an accurate and efficient method for predicting the nonlinear interaction between waves, which increases with wave steepness.
Korean Journal of Computational Design and Engineering
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v.3
no.3
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pp.183-191
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1998
There are many available algorithms based on the different approaches to solve the intersection problems between two curves. Among them, the implicitization method is frequently used since it computes precise solutions fast and is robust in lower degrees. However, once the degrees of curves to be intersected are higher than cubics, its computation time increases rapidly and the numerical stability gets worse. From this observation, it is natural to transform the original problem into a set of easier ones. Therefore, curves are subdivided appropriately depending on their geometric behavior and approximated by a set of rational quadratic Bezier cures. Then, the implicitization method is applied to compute the intersections between approximated ones. Since the solutions of the implicitization method are intersections between approximated curves, a numerical process such as Newton-Raphson iteration should be employed to find true intersection points. As the seeds of numerical process are close to a true solution through the mix-and-match process, the experimental results illustrates that the proposed algorithm is superior to other algorithms.
This work addresses a three-dimensional nonlinear structural analysis of the constructive phases of a cable-stayed segmental concrete bridge using The Finite Element Method through ANSYS, version 14.5. New subroutines have been added to ANSYS via its UPF customization tool to implement viscoelastoplastic constitutive equations with cracking capability to model concrete's structural behavior. This numerical implementation allowed the use of three-dimensional twenty-node quadratic elements (SOLID186) with the Element-Embedded Rebar model option (REINF264), conducting to a fast and efficient solution. These advantages are of fundamental importance when large structures, such as bridges, are modeled, since an increasing number of finite elements is demanded. After validating the subroutines, the bridge located in Rio de Janeiro, Brazil, and known as "Ponte do Saber" (Bridge of Knowledge, in Portuguese), has been numerically modeled, simulating each of the constructive phases of the bridge. Additionally, the data obtained numerically is compared with the field data collected from monitoring conducted during the construction of the bridge, showing good agreement.
Linear Elastic Fracture Mechanics (LEFM) has been developed by applying stress analysis to determine the stress intensity factor (SIF, K). The finite element method (FEM) is widely used as a standard tool for evaluating the SIF for various crack configurations. The prediction accuracy can be achieved by applying an adaptive Delaunay triangulation combined with a FEM. The solution can be solved using either direct or iterative solvers. This work adopts the element-by-element preconditioned conjugate gradient (EBE-PCG) iterative solver into an adaptive FEM to solve the solution to heal problem size constraints that exist when direct solution techniques are applied. It can avoid the formation of a global stiffness matrix of a finite element model. Several numerical experiments reveal that the present method is simple, fast, and efficient compared to conventional sparse direct solvers. The optimum convergence criterion for two-dimensional LEFM analysis is studied. In this paper, four sample problems of a two-edge cracked plate, a center cracked plate, a single-edge cracked plate, and a compact tension specimen is used to evaluate the accuracy of the prediction of the SIF values. Finally, the efficiency of the present iterative solver is summarized by comparing the computational time for all cases.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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