This paper demonstrates an application of the perturbation based stochastic finite element method (SFEM) for predicting the performance of structural systems made of composite sections with random material properties. The composite member consists of materials in contact each of which can surround a finite number of inclusions. The perturbation based stochastic finite element analysis can provide probabilistic behavior of a structure, only the first two moments of random variables need to be known, and should therefore be suitable as an alternative to Monte Carlo simulation (MCS) for realizing structural analysis. A summary of stiffness matrix formulation of composite systems and perturbation based stochastic finite element dynamic analysis formulation of structural systems made of composite sections is given. Two numerical examples are presented to illustrate the method. During stochastic analysis, displacements and sectional forces of composite systems are obtained from perturbation and Monte Carlo methods by changing elastic modulus as random variable. The results imply that perturbation based SFEM method gives close results to MCS method and it can be used instead of MCS method, especially, if computational cost is taken into consideration.
Internal and external acoustic fields of the engine inlet are calculated by using a finite element method. The far fields non reflecting boundary condition is enforced by using a wave envelope element, which is a kind of infinite element. The geometry is assumed an axisymetric duct. Sources of the fan are modeled by the Tyler and Sofrin's theory. Effects of uniformly moving medium are considered. A pulsating sphere and an oscillating piston problem are calculated to verify the external problems, and compared with exact solutions. When the wave envelope element is applied at the far boundary, the calculated finite element solutions show good agreements with the exact solutions. The engine inlet is solved with the combined internal and external grid. The cut-off phenomena on engine inlet duct are observed.
This paper describes the optimization of the hexagonal array transducer using finite element method. The transducer consists of the disc type sensors. Three dimensional beam patterns of each element and the array transducer are analysed using the finite element code ATILA. Beam patterns were analyzed for the disc type transducer. To optimize beam patterns of the array transducer, Chebyshev polynomial weight is applied to each element. In case of applying optimized weight, a 30 degree width beam pattern is presented at 10kHz. This paper also includes the effect of rubber filling material instead of using the water inside the transducer array.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제2권1호
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pp.3-14
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1978
The authors have developed a calculating method of propeller shaft alignment by the finite element method. The propeller shaft is divided into finite elements which can be treated as uniform section bars. For each element, the nodal point equation is derived from the stiffness matrix, the external force vector and the section force vector. Then the overall nodal point equation is derived from the element nodal point equation. The deflection, offset, bending moment and shearing force of each nodal point are calculated from the overall nodal point equation by the digital computer. Reactions and deflections of supporting points of straight shaft are calculated and also the reaction influence number is derived. With the reaction influence number the optimum alignment condition that satisfies all conditions is calculated by the simplex method of linear programming. All results of calculation are compared with those of Det norske Veritas, which has developed a computor program based on the three-moment theorem of the strength of materials. The authors finite element method has shown good results and will be used effectively to design the propeller shaft alignment.
The spherical steel bearings (SSBs) has been gradually replaced traditional rubber bearings and extensively applied to high-speed railway (HSR) bridges in China, due to their durability and serviceability. Nevertheless, SSB is generally simplified to the ordinary constraints in the finite element model, which cannot reflect its detailed mechanical characteristics, especially its seismic performance. To provide a more precisely simulation, an innovative and simplified finite element simulation method is proposed and the combined element group is developed in ANSYS. The primary parameters were determined by means of the performance test of SSB. The finite element model of SSB applied to a single-span HSR simply supported girder bridge was established through the proposed method. The seismic performance of the SSB was further investigated. A shake table test was conducted to evaluate the accuracy of the proposed simulation method. It is found that the numerical results could have a good agreement with the experiment, namely, the proposed method is feasible and efficient.
In this work, a stabilized characteristic finite volume method for the time-dependent Navier-Stokes equations is investigated based on the lowest equal-order finite element pair. The temporal differentiation and advection term are dealt with by characteristic scheme. Stability of the numerical solution is derived under some regularity assumptions. Optimal error estimates of the velocity and pressure are obtained by using the relationship between the finite volume and finite element methods.
A 3-dimensional helical rod finite element is devloped for the dynamic analysis of cylindrical springs. Element matrices are formulated using the Galerkin's method, and an exact static deflection curve is used as a shape function. Because the resultant mass and stiffness matrices of the model are symmetric, effective direct solution method can easily be applied for analysing dynamic behavior of springs. The model is used to analyze the dynamic characteristics of a typical automotive valve spring. The effectiveness of the developed helical rod element is verified by comparing the results of the proposed method with those of a classical theory and experiments. The helical element developed in this study is superior to a straight beam element and a 2-dimensional curved beam element for this problem.
As an improvement on the isoparametric element method, the derivation presented in this paper is close to that done by Wang (1990) for the 2-D finite element. We extend this idea to solve 3-D crack problems in this paper. A new displacement modelling is constructed with local solutions of three-dimensional cracks and a quasi-compatible isoparametric element for three-dimensional fracture mechanics analysis is presented. The stress intensity factors can be solved directly by means of the present method without any post-processing. A new method for calculating the stress intensity factors of three-dimensional cracks with complex geometries and loads is obtained. Numerical examples are given to demonstrate the validity of the present method. The accuracy of the results obtained by the proposed element is demonstrated by solving several crack problems. The results illustrate that this method not only saves much calculating time but also increases the accuracy of solutions. Because this quasi-compatible finite element of 3-D cracks contains any singularities and easily meets the requirement of compatibility, it can be easily implemented and incorporated into existing finite element codes.
Purpose: This study was to propose the clear understanding for stress distribution of supporting bone by use of staggered buccal offset tripodal placement of fixtures of posterior 3 crown implant partial dentures. We realized posterior 3 crown implant fixed partial dentures through finite element modeling and analysed stress effect of implant arrangement location to supporting bone under external load using finite element method. Method: To understand stress distribution of 3 crown implant fixed partial dentures which have 2 different arrangement by finite element analysis. In each model, for loading condition, we applied $45^{\circ}$ oblique load to occlusal surface of crown and applied 100 N for 3 crown individually(total 300 N) for imitating possible oral loading condition. at this time, we calculated Von Mises stress distribution in supporting bone through finite element method. Result: When apply $45^{\circ}$ oblique load to in-line arrangement model, maximum stress result for 100 N for each 3 crown 47.566MPa. In tripodal placement, result for 1mm buccal offset tripodal placement implant model was maximum distributed load 51.418MPa, so result was higher than in-line arrangement model. Conclusion: In stress distribution result by placement of implant fixture, the most effective structure was in-line arrangement. The tripodal placement does not effective for stress distribution, gap cause more damage to supporting bone.
The problem analyzed here is a sheet metal forming process which requires a drawbead. The drawbead provides the sheet metal enough tension to be deformed plastically along the punch face and consequently, ensures a proper shape of final products by fixing the sheet to the die. Therefore, the optimum design of drawbead is indispensable in obtaining the desired formability. A static-explicit finite element analysis is carried out to provide a perspective tool for designing the drawbead. The finite element formulation is constructed from static equilibrium equation and takes into account the boundary condition that involves a proper contact condition. The deformation behavior of sheet material is formulated by the elastic-plastic constitutive equation. The finite element formulation has been solved based on an existing method that is called the static-explicit method. The main features of the static-explicit method are first that there is no convergence problem. Second, the problem of contact and friction is easily solved by application of very small time interval. During the analysis of drawbead processes, the strain distribution and the drawing force on drawbead can be analyzed. And the effects of bead shape and number of beads on sheet forming processes were investigated. The results of the static explicit analysis of drawbead processes show no convergence problem and comparatively accurate results even though severe high geometric and contact-friction nonlinearity. Moreover, the computational results of a static-explicit finite element analysis can supply very valuable information for designing the drawbead process in which the defects of final sheet product can be removed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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