A detailed finite element modeling is presented for the simulation of the nonlinear behavior of reinforced concrete structures which manages to predict the nonlinear behavior of four different experimental setups with computational efficiency, robustness and accuracy. The proposed modeling method uses 8-node hexahedral isoparametric elements for the discretization of concrete. Steel rebars may have any orientation inside the solid concrete elements allowing the simulation of longitudinal as well as transverse reinforcement. Concrete cracking is treated with the smeared crack approach, while steel reinforcement is modeled with the natural beam-column flexibility-based element that takes into consideration shear and bending stiffness. The performance of the proposed modeling is demonstrated by comparing the numerical predictions with existing experimental and numerical results in the literature as well as with those of a commercial code. The results show that the proposed refined simulation predicts accurately the nonlinear inelastic behavior of reinforced concrete structures achieving numerical robustness and computational efficiency.
This paper reports on the finite elements analysis for die compaction process of cemented carbide tool parts. Experimental data were obtained under die compaction and triaxial compression with various loading conditions. The elastoplastic constitutive equations based on the yield function of Shima and Oyane were implemented into an explicit finite element program (ABAQUS/Explicit) and implicit finite element program (PMsolver/Compaction-3D) to simulate compaction response of cemented carbide powder during die compaction. For simulation of die compaction, the material parameters for Shima and Oyane model were obtained by uniaxial die compaction test. Explicit finite element results were compared with implicit results for cemented carbide powder.
In this study, a web-based system was developed by utilizing finite element method and virtual system designed using Virtual Reality Modeling Language (VRML). The simulation program for axi-symetric sheet forming is developed using finite flement method. The developed system consists of two modules, client module and server module. The client module was developed by using Active-X control. The input data for FEM calculation is transferred to the server module by using communication protocol. Then sever module performs several successive processes: input data generation, forming simulation, conversion of results to VRML format. After that, the results from the simulation can be visualized on the web browser in client computer. Besides, client module offers the capability to control and navigate on virtual forming machine and calculated result. By using this system simulation result can be investigated more realistically in virtual environment including forming machine.
In this study, a complete analysis of soil-structure interaction problems is presented which includes a modelling of the near surrounding of the building (near-field) and a special description of the wave propagation process in larger distances (far-field). In order to reduce the computational effort which can be very high for time domain analysis of wave propagation problems, a special approach based on similarity transformation of the infinite domain on the near-field/far-field interface is applied for the wave radiation of the far-field. The near-field is discretised with standard Finite Elements, which also allows to introduce non-linear material behaviour. In this paper, a new approach to calculate the involved convolution integrals is presented. This approximation in time leads to a dramatically reduced computational effort for long simulation times, while the accuracy of the method is not affected. Finally, some benchmark examples are presented, which are compared to a coupled Finite Element/Boundary Element approach. The results are in excellent agreement with those of the coupled Finite Element/Boundary Element procedure, while the accuracy is not reduced. Furthermore, the presented approach is easy to incorporate in any Finite Element code, so the practical relevance is high.
In this study, a new smart beam finite element is proposed for the finite element modeling of beam-type smart structures that are equipped with bonded plate-type piezoelectric sensors and actuators. Constitutive equations for the direct piezoelectric effect and converse piezoelectric effect of piezoelectric materials are considered in the formulation. By using a variational principle, the equations of motion for the smart beam finite element are derived. The proposed 2-node beam finite element is an isoparametric element based on Timoshenko beam theory. The proposed smart beam finite element is applied to the free vibration control adopting a constant gain feedback scheme. The electrical force vector, which is obtained in deriving an equation of motion, is the control force equivalent to that in existing literature. Validity of the proposed element is shown through comparing the analytical results of the verification examples with those of other previous researchers. With the use of smart beam finite elements, simulation of free vibration control is demonstrated by sensing the voltage of the piezoelectric sensors and by applying the voltages to the piezoelectric actuators.
FRANC3D is a program for simulating arbitrary three-dimensional crack growth. Recently, a completely new version of the program, FRANC3D/NG, has been created. Unlike previous versions, which relied largely on boundary element analysis, the new version of the program works with finite element analysis exclusively and is designed to work with general-purpose commercial finite element packages. This paper presents the theoretical underpinnings of the procedures to adaptively modify the geometry and mesh of a model to simulate crack growth.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제12권1호
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pp.376-386
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2020
The aim of this study was to develop a new efficient strategy that uses the Vector form Intrinsic Finite-element (VFIFE) method to conduct the static and dynamic analyses of marine pipes. Nonlinear problems, such as large displacement, small strain, and contact and collision, can be analyzed using a unified calculation process in the VFIFE method according to the fundamental theories of point value description, path element, and reverse motion. This method enables analysis without the need to integrate the stiffness matrix of the structure, because only motion equations of particles established according to Newton's second law are required. These characteristics of the VFIFE facilitate the modeling and computation efficiencies in analyzing the nonlinear dynamic problem of flexible pipe with large deflections. In this study, a three-dimensional (3-D) dynamical model based on 3-D beam element was established according to the VFIFE method. The deep-sea flexible pipe was described by a set of spatial mass particles linked by 3-D beam element. The motion and configuration of the pipe are determined by these spatial particles. Based on this model, a simulation procedure to predict the 3-D dynamical behavior of flexible pipe was developed and verified. It was found that the spatial configuration and static internal force of the mining pipe can be obtained by calculating the stationary state of pipe motion. Using this simulation procedure, an analysis was conducted on the static and dynamic behaviors of the flexible mining pipe based on a 1000-m sea trial system. The results of the analysis proved that the VFIFE method can be efficiently applied to the static and dynamic analyses of marine pipes.
The objective of this study is to suggest the form rolling technology to produce high precision worm on the base of three dimensional finite element simulation and experiment. It is important to determine the initial workpiece diameter in form rolling because it affects the quality of tooth profile. The calculation method of the initial workpiece diameter in form rolling is suggested and it is verified by finite element simulation. The form rolling processes of worm shaft used as automotive part using both the rack dies of counter flow type and the roll dies are considered and simulated with the same numerical model as actual process by the commercial finite element code, BEFORM-3D. Deformation modes of workpiece between the form rolling by the rack dies of counter flow type and the roll dies are investigated from the result of simulation. The experiments using rack dies and roll dies are performed under the same conditions as those of simulation. The surface roughness, the straightness and the profile of worm are measured precisely using the worm shafts obtained from experiment. The results of simulation and experiment in this study show that the form rolling process of worn shaft using the rack dies is decidedly superior to that using roll dies from the aspect of the precision of worm such as the surface roughness, the straightness and the profile of worm.
In this paper, we discuss the a posteriori error estimates of the semidiscrete mixed finite element methods for quadratic optimal control problems governed by linear hyperbolic equations. The state and the co-state are discretized by the order $k$ Raviart-Thomas mixed finite element spaces and the control is approximated by piecewise polynomials of order $k(k{\geq}0)$. Using mixed elliptic reconstruction method, a posterior $L^{\infty}(L^2)$-error estimates for both the state and the control approximation are derived. Such estimates, which are apparently not available in the literature, are an important step towards developing reliable adaptive mixed finite element approximation schemes for the control problem.
Finite element method is a very effective method to simulate the forming processes with good prediction of the deformation behaviour. For the finite element modeling of sheet mental forming the accurate die model is required. Among finite element method, the static-implicit finite element method is applied effectively to analyze real-size auto-body panel stamping processes, which include the forming stage. This study is about analyzing the stamping process problems by using AutoForm commercial software which used static-implicit method. According to this study, the results of simulation will give engineers good information to access the die design of optimization.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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