A kinetic theory analysis is made of low-speed gas flows around a micro-plate. The Boltzmann equation simplified by a collision model is solved by means of a finite difference approximation with the discrete ordinate method. The method does not suffer from statistical noise which is common in particle based methods and requires much less amount of computational effort. Calculations are made for flows around a micro-scale flat plate with a finite length of 20 microns. The method is assessed by comparing the results with those from several different methods and available experimental data.
Surfaces of many engineering structures, especially, those of ships are commonly made out of either single- or double-curved surfaces to meet functional requirements. The first step in the fabrication process of a three-dimensional design surface is unfolding or flattening the surface, otherwise known as planar development, so that manufacturers can determine the initial flat plate which is required to form the design shape. In this paper, an algorithm for optimal approximated development of a general curved surface, including both single- and double-curved surfaces, is established by minimizing the strain energy of deformation from its planar development to the design surface. The unfolding process is formulated into a constrained nonlinear programming problem, based on the deformation theory and finite element. Constraints are subjected to the characteristics of the fabrication method. And the design surface, or the curved shell plate is subdivided by automatic mesh generation.
A new simple 3-node triangular flat-shell element with standard nodal DOF (6 DOF per node) is proposed for the linear and geometrically nonlinear analysis of very thin to thick plate and shell structures. The formulation of element GT9 (Long and Xu 1994), a generalized conforming membrane element with rigid rotational freedoms, is employed as the membrane component of the new shell element. Both one-point reduced integration scheme and a corresponding stabilization matrix are adopted for avoiding membrane locking and hourglass phenomenon. The bending component of the new element comes from a new generalized conforming Kirchhoff-Mindlin plate element TSL-T9, which is derived in this paper based on semiLoof constrains and rational shear interpolation. Thus the convergence can be guaranteed and no shear locking will happen. Furthermore, a simple hybrid procedure is suggested to improve the stress solutions, and the Updated Lagrangian formulae are also established for the geometrically nonlinear problems. Numerical results with solutions, which are solved by some other recent element models and the models in the commercial finite element software ABAQUS, are presented. They show that the proposed element, denoted as GMST18, exhibits excellent and better performance for the analysis of thin-think plates and shells in both linear and geometrically nonlinear problems.
현재 한국에서는 연쇄 붕괴에 대한 설계지침이 적용되고 있지 않으며, 특히 무량판 구조의 연쇄 붕괴 저항 성능에 대한 연구는 초기단계라고 할 수 있다. 따라서 이 연구에서는 철근콘크리트 무량판 구조의 연쇄 붕괴 저항 성능을 평가하기위하여 3가지 해석법을 수행하였다. 선형 정적 해석을 통하여 GSA의 대체경로법에 의한 DCR 값의 차이를 비교하였고, 선형 동적 해석을 통하여 기둥 제거 이후의 수직 변위를 비교하였으며, 비선형 정적 해석을 통하여 최대 하중 계수를 판단하였다. 유효 보폭 모델과 판 유한 요소 해석 모델의 차이점을 분석하기 위하여 여러 변수들에 따라 유한 요소 해석이 수행되었다. 무량판 구조에서 실무에서 많이 사용되고 있는 유효 보폭으로 모델링하는 방법은 슬래브의 강성 기여도를 반영하고 있지 못해 연쇄 붕괴 성능 평가는 상세 유한 요소 해석이 적절할 것으로 판단된다. 여러 변수들을 종합 모서리 기둥(CC)을 제거할 경우가 가장 불리한 조건이고, 내부 기둥(IC)이 제거될 경우가 가장 유리한 조건으로 나타났다. 이 연구에서 제시된 무량판 구조의 연쇄 붕괴 저항 성능 결과로부터 향후 무량판 구조의 성능을 합리적으로 평가하는데 유용하게 활용될 수 있을 것으로 사료된다.
O'Daniel, James;Adley, Mark;Danielson, Kent;DiPaolo, Beverly;Boone, Nicholas
Computers and Concrete
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제7권2호
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pp.103-118
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2010
Penetration of a fragment-like projectile into Fiber Reinforced Concrete (FRC) was simulated using finite element (FE) and particle formulations. Extreme deformations and failure of the material during the penetration event were modeled with multiple approaches to evaluate how well each represented the actual physics of the penetration process and compared to experimental data. A Fragment Simulating Projectile(FSP) normally impacting a flat, square plate of FRC was modeled using two target thicknesses to examine the different levels of damage. The thinner plate was perforated by the FSP, while the thicker plate captured the FSP and only allowed penetration part way through the thickness. Full three dimensional simulations were performed, so the capability was present for non-symmetric FRC behavior and possible projectile rotation in all directions. These calculations assessed the ability of the finite element and particle formulations to calculate penetration response while assessing criteria necessary to perform the computations. The numerical code EPIC contains the element and particle formulations, as well as the explicit methodology and constitutive models, needed to perform these simulations.
The B-spline finite strip method is developed for the prediction of the buckling of rectangular composite laminated plates under the combined action of applied uniaxial mechanical stress and increasing temperature. The analysis is conducted in two stages, namely an in-plane stress analysis in the pre-buckling stage to determine the pre-buckling stresses, followed by a buckling analysis using these determined stresses. The buckling analysis is based on the use of first-order shear deformation plate theory. The permitted lay-up of the laminates is quite general, within the constraint that the plate remains flat prior to buckling, and a wide range of boundary conditions can be accommodated. A number of applications is described and comparison of the results generated using the finite strip method is made with the results of previous studies.
플랫 플레이트 구조의 외부접합부는 편심전단에 대해 비대칭형의 위험단면을 가지고 있으며, 위험단면의 길이가 내부접합부 보다 작고 중력하중과 횡하중 모두에 의해 편심전단응력이 발생하게 되므로 뚫림전단파괴에 대해 대단히 취약하다. 외부접합부의 거동은 대단히 복잡하며 또한 구조해석에서 사용하고 있는 강도모델이 부적합하기 때문에, 현 설계기준은 실험결과를 정확히 설명하고 있지 못하다. 본 연구에서는 이러한 현 설계기준의 미비점을 보완하기 위하여 슬래브-기둥 외부접합부에 대해 비선형유한요소해석을 수행하였다. 외부접합부에서는 횡하중의 재하방향에 따라 거동 및 최대강도가 상이하며, 해석결과에 근거하여 하중재하방향 별로 외부접합부에 대한 강도모델을 제안하였다. 제안된 강도모델은 실험결과와의 비교를 통해 검증되었다.
Kim, Sanghee;Kang, Thomas H.K.;Kim, Jae-Yo;Park, Hong-Gun
Earthquakes and Structures
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제7권5호
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pp.891-906
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2014
The purpose of this study is to propose a modification factor to reflect the lateral stiffness modification when a step is located in flat plates. Reinforced concrete slabs with steps have different structural characteristics that are demonstrated by a series of structural experiment and nonlinear analyses. The corner at the step is weak and flexible, and the associated rotational stiffness degradation at the corner of the step is identified through analyses of 6 types of models using a nonlinear finite element program. Then a systematic analysis of stiffness changes is performed using a linear finite element procedure along with rotational springs. The lateral stiffness of reinforced concrete flat plates with steps is mainly affected by the step length, location, thickness and height. Therefore, a single modification factor for each of these variables is obtained, while other variables are constrained. When multiple variables are considered, each single modification factor is multiplied by the other. Such a method is verified by a comparative analysis. Finally, a complex modification factor can be applied to the existing effective slab width.
면외 바닥하중과 면내 압축력을 받는 플랫플레이트 슬래브에 적용할 수 있는 모멘트증대법을 개발하기 위하여 수치해석연구를 실시하였다. 수치해석연구를 위하여 재료와 기하학적 비선형효과를 고려한 비선형 유한요서 해석프로그램을 개발하였으며, 해석모델로서 국내 철근콘크리트계산규준의 직접설계법에 의하여 설계된 플랫플레이트 슬래브를 사용하였다. 본 연구는 지배하중조건인 수직하중후 1축압축력의 조합하중을 받는 슬래브에 대한 좌굴하중과 모멘트증대계수를 제안하였다. 좌굴하중은 두 개의 요소, 즉 슬래브의 기하학적 형태의 영향을 나타내는 좌굴계수와 압축과 인장 균열에 의한 손상정도를 나타내는 유효휨강성으로 정의된다. 변수연구를 통하여 좌굴계수와 유효휨강성의 변화를 연구하였으며, 이 수치해석결과를 바탕으로 좌굴계수와 유효휨강성의 설계값과, 이를 사용하는 모멘트증대법을 제안하였다.
This paper describes the vibration characteristics of a high head pump-turbine runner. with nine blades and an outer diameter of 4.410 mm. of the pumped storage power plant. Mode shapes and natural frequencies were obtained by means of both the finite element analysis and modal testing. both in air and in water. The natural frequencies in air were calculated using the finite element method by ANSYS software. In order to confirm calculation results. the natural frequencies and mode shapes of the runner were measured using a hydraulic exciter both in air and in water. Natural frequencies of the pump-turbine runner were found at 174. 310 Hz in air, and at 107. 184 Hz in water. The first mode shape is flat plate mode with two nodal diameter and the second one is also flat plate mode with three nodal diameter. It can be shown that the natural frequencies of the pump-turbine runner in water is reduced approximately 40 % due to additional mass effect. Natural frequencies in air predicted by ANSYS software are in good agreement with test results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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