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.
The finite element based lattice Boltzmann method (FELBM) has been developed to model complex fluid domain shapes, which is essential for studying fluid-structure interaction problems in commercial nuclear power systems, for example. The present study addresses a new finite element formulation of the lattice Boltzmann equation using a general weighted residual technique. Among the weighted residual formulations, the collocation method, Galerkin method, and method of moments are used for finite element based Lattice Boltzmann solutions. Different finite element geometries, such as triangular, quadrilateral, and general six-sided solids, were used in this work. Some examples using the FELBM are studied. The results were compared with both analytical and computational fluid dynamics solutions.
A nonlinear semi-three-dimensional layered finite element procedure is developed for cracking and failure analysis of reinforced concrete beams and the spandrel beam-column-slab connections of flat plates. The layered element approach takes the elasto-plastic failure behaviour and geometric nonlinearity into consideration. A strain-hardening plasticity concrete model and a smeared steel model are incorporated into the layered element formulation. Further, shear failure, transverse reinforcement, spandrel beams and columns are successfully modelled. The proposed method incorporating the nonlinear constitutive models for concrete and steel is implemented in a finite element program. Test specimens including a series of reinforced concrete beams and beam-column-slab connections of flat plates are analysed. Results confirm the effectiveness and accuracy of the layered procedure in predicting both flexural and shear cracking up to failure.
An Improved finite element model updating method to address the numerical difficulty associated with ill-conditioning and rank-deficiency. These difficulties frequently occur in model updating problems, when the identification of a larger number of physical parameters is attempted than that warranted by the information content of the experimental data. Based on the standard Bounded Variables Least-squares (BVLS) method, which incorporates the usual upper/lower-bound constraints, the proposed method is equipped with new constraints based on the correlation coefficients between the sensitivity vectors of updating parameters. The effectiveness of the proposed method is investigated through the numerical simulation of a simple framed structure by comparing the results of the proposed method with those obtained via pure BVLS and the regularization method. The comparison indicated that the proposed method and the regularization method yield approximate solutions with similar accuracy.
An accurate finite element (FE) model of a structure is essential for predicting reliably its dynamic characteristics. Such a model is used to predict the effects of structural modifications for dynamic design of the structure. These modifications may be imposed by design alterations for operating reasons. Most of the model updating techniques neglect damping and so these updated models can't be used for accurate prediction of vibration amplitudes. This paper deals with the basic formulation of damped finite element model updating method and its use for structural dynamic modifications. In this damped damped finite element model updating method, damping matrices are updated along with mass and stiffness matrices. The damping matrices are updated by updating the damping coefficients. A case involving actual measured data for the case of F-shaped test structure, which resembles the skeleton of a drilling machine is used to evaluate the effectiveness of damped FE model updating method for accurate prediction of the vibration levels and thus its use for structural dynamic modifications. It can be concluded from the study that damped updated FE model updating can be used for structural dynamic modifications with confidence.
A general analytical method for computing the joint stiffness from the sectional properties of the members that form the joint is derived using Vlasov's thin-walled beam theory. The analytical model of box T-joint under out-of-plane loading is investigated and validated using shell finite element results and experimental data. The analytical model of the T-joint is implemented in a beam finite element model using a revolute joint element. The out-of-plane displacement computed using the beam-joint model is compared with the corresponding shell element model. The results show close correlation between the beam revolute joint model and shell element model.
본 연구에서는 완경사 방정식을 이용한 유한요소모형에서 경사 경계면을 효율적으로 처리할 수 있는 수치기법을 소개하였다. 유한요소법은 다른 수치기법과 다르게 불규칙한 지형에도 적용이 가능하다는 장점을 가지고 있어 복잡한 지형 형태를 갖는 연안에서 발생하는 수리현상을 해석하기 위하여 빈번히 사용되었다. 그러나 유한요소모형에 사용된 지배방정식이 타원형 미분방정식인 경우에는 연직방향으로 경사진 경계면에서의 경계처리가 쉽지 않다는 단점이 있다. 본 연구에서는 Bessel 함수를 이용하여 경사진 경계면을 처리하는 방법을 소개하고 얻어진 결과를 해석해와 비교하였다.
This paper shows hot to model the submerged elastic structures and adequate analysis tools for modal behavior when using finite element and boundary element method. Four different cases are reviewed depending on the location of the water and air. First case is that structures are filled with air and water is located outside. Second case is opposite to case one. These cases are solved by direct approach using collocation procedure. Third case is that water is located both sides of structures. Last case is that air is located both sides. These cases are solved by indirect approach using variational procedure. As analysis tools harmonic frequency sweep analysis and eigenvalue iteration method are selected to obtain the natural frequencies of vibrating submerged structures depending on the cases. Results are compared with closed form solutions of submerged spherical shell.
This study is a comparison of the results of the orthropic material analysis at cantilever beam model using boundary element(BEM) method and finite element method(FEM). The program with the orthotropic material analysis was developed and applied to the examples in order to evaluate the accuracy of the programs. The examples shows that the results of the BEM is a good agreement with the ABAQUS results.
To improve the modeling accuracy for the finite element method, this paper proposes a method to make a combined use of finite elements and exact dynamic elements. Exact interpolation functions for a Timoshenko beam element are derived and compared with interpolation functions of the finite element method (FEM). The exact interpolation functions are tested with the Laplace variable varied. The exact interpolation functions are used to gain more accurate mode shape functions for the finite element method. This paper also presents a combined use of finite elements and exact dynamic elements in design problems. A Timoshenko frame with tapered sections is tested to demonstrate the design procedure with the proposed method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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