High-speed electronic digital computers have enabled engineers to employ various numerical discretization techniques for solutions of complex problems. The Finite Element Method is one of the such technique. The Finite Element Method is one of the numerical analysis based on the concepts of fundamental mathematical approximation. Three dimensional plate structures used often in partition of ship, box girder and frame are analyzed by Finite Element Method. In design of structures, the static deflections, stress concentrations and dynamic deflections must be considered. However, these problem belong to geometrically nonlinear mechanical structure analysis. The analysis of each element is independent, but coupling occurs in assembly process of elements. So, to overcome such a difficulty the shell theory which includes transformation matrix and a fictitious rotational stiffness is taken into account. Also, the Mindlin's theory which is considered the effect of shear deformation is used. The Mindlin's theory is based on assumption that the normal to the midsurface before deformation is "not necessarily normal to the midsurface after deformation", and is more powerful than Kirchoff's theory in thick plate analysis. To ensure that a small number of element can represent a relatively complex form of the type which is liable to occur in real, rather than in academic problem, eight-node quadratic isoparametric elements are used. are used.
유한요소법은 구조해석법으로 가장 많이 사용되는 방법으로 자리잡고 있으며, 근래에는 다소 복잡한 동적 및 비선형 문제에도 사용이 일반화되고 있다. 이러한 거동 예측이 어려운 구조해석에도 구조물을 적절한 유한요소와 요소망으로 표현하면 신뢰있는 해석 결과를 얻을 수 있다. 구조물의 동적 또는 비선형 거동에는 예상하지 않은 부분에서 큰 변형이 일어날 수 있으며, 유한요소해석 과정에서 같은 요소망을 계속 사용하면 요소의 모양이 신뢰 범위 밖으로 변형될 수 있으므로 요소망 역시 동적으로 적응할 필요가 있다. 또한, 유한요소 프로그램의 사용자 요구 사항 중 하나가 실시간으로 빠르게 진행되는 것이므로 연산면에서 효율적이어야 한다. 본 연구는 시간영역 동적해석에서 전 단계 해석 결과를 사용하여 계산된 대표 변형률값을 오차 평가에 사용하여 절점 이동인 r-법과 요소 분할인 h-법의 조합으로 요소 세분화를 진행하여 동적으로 적응하는 요소망 형성 과정을 기술한다. 해석 중 과대하게 변형되는 요소는 모양계수 개념으로 방지한다. 간단한 프레임의 동적 유한요소해석을 예제로 정확성과 연산 효율성을 보여준다. 본 연구에서 제시하는 적응적 유한요소망 형성 전략은 복잡한 동적 및 비선형 해석에 일반적으로 적용될 수 있다.
An improved finite element-transfer matrix method is applied to the transient analysis of plates with large displacement under various excitations. In the present method, the transfer of state vectors from left to right in a combined finite element-transfer matrix method is changed into the transfer of generally incremental stiffness equations of every section from left to right. Furthermore, in this method, the propagation of round-off errors occurring in recursive multiplications of transfer and point matrices is avoided. The Newmark-${\beta}$ method is employed for time integration and the modified Newton-Raphson method for equilibrium iteration in each time step. An ITNONDL-W program based on this method using the IBM-PC/AT microcomputer is developed. Finally numerical examples are presented to demonstrate the accuracy as well as the potential of the proposed method for dynamic large deflection analysis of plates with random boundaries under various excitations.
Meshless particle method is a numerical technique which does not use the concept of element. This method can easily handle special engineering problems which cause difficulty in the use of finite element method, however it has a drawback that essential boundary condition is not satisfied. In this paper, several studies for satisfying essential boundary conditions and enhancing the accuracy of solutions are discussed. Particular emphasis is placed on a new numerical technique in which finite elements are used on the boundaries to satisfy the essential boundary conditions and meshless particle method is used in the interior domain. For coupling of the two methods interface elements are introduced into the zone between the subdomains using meshless particle method and finite element method. The shape functions and the approximated displacement functions of the interface element are derived with the ramp function based on the shape function of finite elements. The whole numerical procedures are formulated by Galerkin method. Several numerical examples for enhancing the accuracy of solution in the meshless particle method and a new coupling method are presented.
A combination of Riccati transfer matrix method and finite element method is proposed for obtaining vibration frequencies of structures. This method reduces the propagation of round-off errors produced in the standard transfer matrix method and finds out the values of the frequency by Newton-Raphson method. By this technique, the number of nodes required in the regular finite element method is reduced and therefore a microcomputer may be used. Besides, no plotting of the value of the determinant versus assumed frequency is necessary. As the application of this method, some numerical examples are presented to demonstrate the accuracy as well as the capability of the proposed method for the vibration of structures.
In [7, 8] they introduced a new finite element method for accurate numerical solutions of Poisson equations with corner singularities. They consider the Poisson equations with homogeneous boundary conditions, compute the finite element solutions using standard FEM and use the extraction formula to compute the stress intensity factor(s), then they posed new PDE with a regular solution by imposing the nonhomogeneous boundary condition using the computed stress intensity factor(s), which converges with optimal speed. From the solution they could get an accurate solution just by adding the singular part. Their algorithm involves an iteration and the iteration number depends on the acuracy of stress intensity factors, which is usually obtained by extraction formula which use the finite element solutions computed by standard Finite Element Method. In this paper we investigate the dependence of the iteration number on the convergence of stress intensity factors and give a way to reduce the iteration number, together with some numerical experiments.
AILU type preconditioners for a two-dimensional combined P2P1 finite element formulation of the interaction of rigid cylinder with incompressible fluid flow have been devised and tested by solving fluid-structure interaction (FSI) problems. The FSI code simulating the interaction of a rigid cylinder with an unsteady flow is based on P2P1 mixed finite element formulation coupled with combined formulation. Four different preconditioners were devised for the two-dimensional combined P2P1 finite element formulation extending the idea of Nam et al., which was proposed for the preconditioning of a P2P1 mixed finite element formulation of the incompressible Navier-Stokes equations. It was found that PC-III or PC-IV among them perform well with respect to computational memory and convergence rate for some bench-mark problems.
In the present study, the axial vibration of the nanorods is investigated in the framework of the doublet mechanics theory. The equations of motion and boundary conditions of nanorods are derived by applying the Hamilton principle. A finite element method is developed to obtain the vibration frequencies of nanorods for different boundary conditions. A two-noded higher order rod finite element is used to solve the vibration problem. The natural frequencies of nanorods obtained with the present finite element analysis are validated by comparing the results of classical doublet mechanics and nonlocal strain gradient theories. The effects of rod length, mode number and boundary conditions on the axial vibration frequencies of nanorods are examined in detail. Mode shapes of the nanorods are presented for the different boundary conditions. It is shown that the doublet mechanics model can be used for the dynamic analysis of nanotubes, and the presented finite element formulation can be used for mechanical problems of rods with unavailable analytical solutions. These new results can also be used as references for the future studies.
The finite volume method for forging simulation is examined to reveal its possibility as well as its problem in this paper. For this study, the finite volume method based MSC/SuperForge and the finite element method based AFDEX are employed. The simulated results of the homogeneous compression obtained by the two softwares are compared to indicate the problems of the finite volume method while several application examples are given to show the possibility of the finite volume method fur simulation of complex hot forging processes. It is shown that the finite volume method can not predict the exact solution of the homogeneous compression especially in terms of forming load and deformed shape but that it is helpful to simulate very complex forging processes which can hardly be simulated by the conventional finite element method.
Finite element method has been developed recently for the solution of the convection-diffusion problems. Finite element method has several advantages over finite difference method, but its requirement of the larger memory size of the computer has prevented from wide application. In the present study, line-by-line technique has been implemented to finite element method to overcome this disadvantage. Two dimensional laminar natural convection in square cavity was chosen as an example in this study. The numerical result shows good agreement with bench mark solution and the size of the coefficient marix has been reduced drastically.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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