A novel, 6-node, two-dimensional mixed finite element (FE) model has been developed to analyze laminated composite beams by using the minimum potential energy principle. The model has been formulated by considering four degrees of freedom (two displacement components u, w and two transverse stress components ${\sigma}_z$, $\tau_{xz}$) per node. The transverse stress components have been invoked as nodal degrees of freedom by using the fundamental elasticity equations. Thus, the present mixed finite element model not only ensures the continuity of transverse stress and displacement fields through the thickness of the laminated beams but also maintains the fundamental elasticity relationship between the components of stress, strain and displacement fields throughout the elastic continuum. This is an important feature of the present formulation, which has not been observed in various mixed formulations available in the literature. Results obtained from the model have been shown to be in excellent agreement with the elasticity solutions for thin as well as thick laminated composite beams. A few results for a cross-ply beam under fixed support conditions are also presented.
The purpose of this paper is to determine a two dimensional axisymmetric model through a comparative study between a three dimensional and an axisymmetric finite element analysis of the reactor coolant piping nozzle subject to internal pressure. The finite element analysis results show that the stress adopting the axisymmetric model with the radius of equivalent spherical vessel are well agree with that adopting the three dimensional model. The the radii of equivalent spherical vessel are 3.5 times and 7.3 times of the radius of the reactor coolant piping for the safety injection nozzle and for the residual heat removal nozzle, respectively.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.8
no.3
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pp.119-129
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2000
In order to show the efficiency and accuracy of an expert drawbead model, finite element simulations of auto-body panel stampings are carried out. For numerical modeling of the drawbead of a panel die, the drawbead restraining force and bead-exit thinning calculated by the expert model are imposed to a node nearest to the drawbead position as a boundary condition, Finite element simulations show that the expert model provides the accurate solution, guarantees the stable convergence, and has the merit in the computation time.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.44
no.3
s.153
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pp.314-322
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2007
In general, the vibration and structural analyses have been carried out by using each finite element model separately because of different size of finite element mesh and different focusing area of each analysis. In some cases, however, it is required to perform both global vibration and structural analyses at the same time using a finite element model for global structural analysis, which asks for a special treatment for a vibration analysis. In this study, a technique to perform a global vibration analysis using a finite element model for a global structural analysis has been developed and its effectiveness has been verified by its application to a whole ship.
Based on the experimental data presented in part I of these companion papers, a semi-empirical model is proposed for axial stress-strain curves of reinforced high-strength concrete square columns confined by aramid fiber reinforced polymer (FRP) jackets. Additionally, a three-dimensional finite element model is developed to simulate the mechanical behaviors of the columns. In the finite element model, both material nonlinear and contact nonlinear are taken into account. Moreover, the influence of contact nonlinear (i.e., the end friction on the contact surface between test machines and specimens) is investigated deeply. Predictions from both the semi-empirical model and the finite element model agree with the experimental results, and it is also demonstrated that the friction coefficient of end friction notably affect the properties of columns when it ranges from 0.00 to 0.25.
This paper focuses on geometrically non-linear static analysis of a simply supported beam made of hyperelastic material subjected to a non-follower transversal uniformly distributed load. As it is known, the line of action of follower forces is affected by the deformation of the elastic system on which they act and therefore such forces are non-conservative. The material of the beam is assumed as isotropic and hyperelastic. Two types of simply supported beams are considered which have the following boundary conditions: 1) There is a pin at left end and a roller at right end of the beam (pinned-rolled beam). 2) Both ends of the beam are supported by pins (pinned-pinned beam). In this study, finite element model of the beam is constructed by using total Lagrangian finite element model of two dimensional continuum for a twelve-node quadratic element. The considered highly non-linear problem is solved by using incremental displacement-based finite element method in conjunction with Newton-Raphson iteration method. In order to use the solution procedures of Newton-Raphson type, there is need to linearized equilibrium equations, which can be achieved through the linearization of the principle of virtual work in its continuum form. In the study, the effect of the large deflections and rotations on the displacements and the normal stress and the shear stress distributions through the thickness of the beam is investigated in detail. It is known that in the failure analysis, the most important quantities are the principal normal stresses and the maximum shear stress. Therefore these stresses are investigated in detail. The convergence studies are performed for various numbers of finite elements. The effects of the geometric non-linearity and pinned-pinned and pinned-rolled support conditions on the displacements and on the stresses are investigated. By using a twelve-node quadratic element, the free boundary conditions are satisfied and very good stress diagrams are obtained. Also, some of the results of the total Lagrangian finite element model of two dimensional continuum for a twelve-node quadratic element are compared with the results of SAP2000 packet program. Numerical results show that geometrical nonlinearity plays very important role in the static responses of the beam.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2002.11b
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pp.62-67
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2002
It has been shown that the vibrational response of a tire can be represented by a set of decaying waves, each associated with a particular cross-sectional mode shape in the region near the contact patch. Thus, it can be concluded that tires can be effectively modeled as lossy waveguides. It has also been shown that the sound radiation from tires is mainly from the region close to the contact patch. In consequence, it may be computationally efficient to analyze tire vibration and sound radiation in the region close to the contact patch by using a hybrid finite element model in which the cross-section of a tire is approximated by 2-D finite elements while an analytical wave solution is assumed in the circumferential direction of the tire. In this article. a hybrid finite element was formulated based on a composite shell model. The dispersion relations for sample structures obtained by using the hybrid FE model were then compared with those obtained by using a full, three-dimensional FE model. It has been shown that the FE analysis made using the hybrid 2-D finite elements yields results in close agreement with the three-dimensional model.
Strengthening of reinforced concrete (RC) members against shear that is one of the failure modes especially avoided by using carbon fiber reinforced polymer (CFRP) is widely used technique, which is studied at many experimental studies. However, conducting experimental studies are required more financial resources and laboratory facilities. In addition, along with financial resources, more time is needed in order to carry out comprehensive experimental studies. For these reasons, a verified finite element model that is tested with previous experimental studies can be used for reaching generalized results and investigating parameters that are not studied. For this purpose, previous experimental study results are used and "T" cross-sectioned RC beams strengthened with CFRP strips with insufficient shear strength are modeled by using ANSYS software. First, finite elements modeling of the previously tested RC beams are done, and then the computed results are compared with the experimental ones whether they are matched or not. As a result, the finite element model is verified. Later, analyses of the cases without any test results are done by using the verified model. Optimum CFRP strip spacing is determined with this verified finite element model, and compared with the experimental findings.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.12
no.2
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pp.141-149
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2002
Although the finite element method has become an indispensible tool for the dynamic analysis of structures, difficulty remains to quantify the errors associated with discretization. To improve the modeling accuracy, this paper proposes a method to make a combined use of finite elements and exact dynamic elements. Exact interpolation functions for the Timoshenko beam element are derived using the exact dynamic element modeling (EDEM) and compared with interpolation functions of the finite element method (FEM). The exact interpolation functions are tested with the Laplace variable varied. A combined use of finite element method and exact interpolation functions is presented to gain more accurate mode shape functions. This paper also presents a combined use of finite elements and exact dynamic elements in design/reanalysis problems. Timoshenko flames with tapered sections are tested to demonstrate the design procedure with the proposed method. The numerical study shows that the combined use of finite element model and exact dynamic element model is very useful.
In this paper the geometrically nonlinear continuum plate finite element model, hitherto not reported in the literature, is developed using the total Lagrange formulation. With the layerwise displacement field of Reddy, nonlinear Green-Lagrange small strain large displacements relations (in the von Karman sense) and linear elastic orthotropic material properties for each lamina, the 3D elasticity equations are reduced to 2D problem and the nonlinear equilibrium integral form is obtained. By performing the linearization on nonlinear integral form and then the discretization on linearized integral form, tangent stiffness matrix is obtained with less manipulation and in more consistent form, compared to the one obtained using laminated element approach. Symmetric tangent stiffness matrixes, together with internal force vector are then utilized in Newton Raphson's method for the numerical solution of nonlinear incremental finite element equilibrium equations. Despite of its complex layer dependent numerical nature, the present model has no shear locking problems, compared to ESL (Equivalent Single Layer) models, or aspect ratio problems, as the 3D finite element may have when analyzing thin plate behavior. The originally coded MATLAB computer program for the finite element solution is used to verify the accuracy of the numerical model, by calculating nonlinear response of plates with different mechanical properties, which are isotropic, orthotropic and anisotropic (cross ply and angle ply), different plate thickness, different boundary conditions and different load direction (unloading/loading). The obtained results are compared with available results from the literature and the linear solutions from the author's previous papers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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