In the finite element analysis of forming process, objects are described with a finite number of elements and nodes and the approximated solutions can be obtained by the variational principle. One of the shortcomings of a finite element analysis is that the structure of mesh has become inefficient and unusable because discretization error increases as deformation proceeds due to severe distortion of elements. If the state of current mesh satisfies a certain remeshing criterion, analysis is stopped instantly and resumed with a reconstructed mesh. In the study, a new remeshing algorithm using tetrahedral elements has been developed, which is adapted to the desired mesh density. In order to reduce the discretization error, desired mesh sizes in each lesion of the workpiece are calculated using the Zinkiewicz and Zhu's a-posteriori error estimation scheme. The pre-constructed mesh is constructed based on the modified point insertion technique which is adapted to the density function. The object domain is divided into uniformly-sized sub-domains and the numbers of nodes in each sub-domain are redistributed, respectively. After finishing the redistribution process of nodes, a tetrahedral mesh is reconstructed with the redistributed nodes, which is adapted to the density map and resulting in good mesh quality. A goodness and adaptability of the constructed mesh is verified with a testing measure. The proposed remeshing technique is applied to the finite element analyses of forging processes.
In this paper, we present a 3D thermo-hydro-mechanical coupled discrete beam lattice model of structure built of the nonisothermal saturated poro-plastic medium subjected to mechanical loads and nonstationary heat transfer conditions. The proposed model is based on Voronoi cell representation of the domain with cohesive links represented as inelastic Timoshenko beam finite elements enhanced with additional kinematics in terms of embedded strong discontinuities in axial and both transverse directions. The enhanced Timoshenko beam finite element is capable of modeling crack formation in mode I, mode II and mode III. Mode I relates to crack opening, mode II relates to in-plane crack sliding, and mode III relates to the out-of-plane shear sliding. The pore fluid flow and heat flow in the proposed model are governed by Darcy's law and Fourier's law for heat conduction, respectively. The pore pressure field and temperature field are approximated with linear tetrahedral finite elements. By exploiting nodal point quadrature rule for numerical integration on tetrahedral finite elements and duality property between Voronoi diagram and Delaunay tetrahedralization, the numerical implementation of the coupling results with additional pore pressure and temperature degrees of freedom placed at each node of a Timoshenko beam finite element. The results of several numerical simulations are presented and discussed.
High deformable concrete (HDC) elements have compressive strength rates equal to conventional concrete and have got a high compressive strain at about 20% to 50%. These types of concrete elements as prefabricated parts have an abundance of applications in the construction industry which is the most used in the construction of tunnels in squeezing grounds, tunnel passwords from fault zones or swelling soils as soft supports. HDC elements after reaching to compressive yield stress, in nonlinear behavior have hardening combined with increasing strain and compressive strength. The main aim of this laboratory and numerical research is to construct concrete elements with the above properties so the compressive stress-strain behavior of different concrete elements with four categories of mix designs have been discussed and finally one of them has been defined as HDC element mix design. Furthermore, two columns with and without implementing of HDC elements have been made and stress-strain curves of them have been investigated experimentally. An analysis model is presented for columns using finite element method adopted by ABAQUS. The results obtained from the ABAQUS finite element method are compared with experimental data. The main comparison is made for stress-strain curve. The stress-strain curves from the finite element method agree well with experimental results. The results show that the dimension of the HDC samples is significant in the stress-strain behavior. The use of the element greatly increases energy absorption and ductility.
Despite a widely-held belief that the finite element method is the method for the solution of solid mechanics problems, which has for 30 years dissuaded solid mechanics scientists from paying any attention to the finite volume method, it is argued that finite volume methods can be a viable alternative. It is shown that it is simple to understand and implement, strongly conservative, memory efficient, and directly applicable to nonlinear problems. A number of examples are presented and, when available, comparison with finite element methods is made, showing that finite volume methods can be not only equal to, but outperform finite element methods for many applications.
This paper presents a new approach to simulate fluid-solid interaction problems involving non-matching interfaces. The coupling between fluid and solid domains with dissimilar finite element meshes consisting of 4-node quadrilateral elements is achieved by using the interface element method (IEM). Conditions of compatibility between fluid and solid meshes are satisfied exactly by introducing the interface elements defined on interfacing regions. Importantly, a consistent transfer of loads through matching interface element meshes guarantees the present method to be an efficient approach of the solution strategy to fluid-solid interaction problems. An arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) description is adopted for the fluid domain, while for the solid domain an updated Lagrangian formulation is considered to accommodate finite deformations of an elastic structure. The stabilized equal order velocity-pressure elements for incompressible flows are used in the motion of fluids. Fully coupled equations are solved simultaneously in a single computational domain. Numerical results are presented for fluid-solid interaction problems involving nonmatching interfaces to demonstrate the effectiveness of the methodology.
A three dimensional adaptive finite element analysis algorithm is developed. In the method, the edge elements are used for field analysis, and the local error. In each element is estimated from the fact that the magnetic field should satisfy. The continuity condition at the interface of the two adjacent elements. Based on the estimated error, the elements which are considered to have big error are divided into several elements using the bisection method. The effectiveness of the developed algorithm is proved through numerical examples.
본 논문은 곡선형 사각요소에 대한 기저함수를 제시한 후 이를 이용하여 동축 케이블 및 동축 횡단면 도파관에 대해 유한 요소법을 적용하였다. 동축 케이블의 경우 동일한 수의 요소에 대해 같은 크기보다는 비례의 크기를 갖는 요소에서 더욱 정확한 결과를 얻을 수 있었다. 또한 동축 횡단면 도파관의 경우 차단 주파수는 횡단면의 각도보다는 내, 외경의 변화에 더 큰 영향을 가짐을 확인하였다.
Two kinds of 4-node plane stress/strain finite elements are presented in this work. They are derived from the modified Hellinger-Reissner variational principle so as to employ the internal incompatible displacement and independent stress fields, or the incompatible displacement and strain fields. The introduced incompatible functions are selected to satisfy the constant strain condition. The elements are evaluated on several problems of bending and material incompressibility with regular and distorted elements. The results show that the new elements perform excellently in the calculation of deformation and stresses.
Shell finite elements are widely used for the analysis of thin section objects such as sheet metal parts, automobile bodies and et al. due to their computational efficiency. Since many of input data for finite element analysis are given as solid models or triangulated surface models, one should extract midsurface information from these input data initially and then construct shell meshes on the extracted midsurfaces. In this paper, a method of generating shell elements on midsurfaces directly from input models have been proposed. In order to construct shell meshes, the input models should be triangulated on surfaces first, and then tetrahedral elements are generated by using an advancing front method, and finally mid shell surfaces are obtained from tetrahedral meshes. Some examples are given to demonstrate the efficiency of the proposed method.
한국지진공학회 1999년도 춘계 학술발표회 논문집 Proceedings of EESK Conference-Spring
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pp.275-283
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1999
To predict the dynamic behavior of the cylindrical liquid storage tank subjected to seismic ground motion three dimesional analysis with liquid-structure interaction must be performed, In this study a three dimensional dynamic analysis method over the frequency domain using FE-BE coupling technique which combines the efficiency of the boundary elements for liquid with the versatility of the finite shell elements for tank. The liquid region is modeled using boundary elements which can counter the sloshing effect at free surface and the structure region the tank itself is modeled using the degenerated finite shell elements. At the beginning of the procedure the equivalent mass matrix of the liquid is generated by boundary elements procedure. Then this equivalent mass matrix is combined with the mass matrix of the structure to produce the global mass matrix in the equation of the motion of fluid-structure interaction problem In order to demonstrate the accuracy and validity of the developed method the numerical results re compared with the previous studies. Finally the effects of the fluid-structure interaction on the natural frequency and dynamic response of the system are analyzed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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