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.
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.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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1999.04a
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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.
In this paper, crack detection method using eigen value analysis is presented. Three methods are used: theoretical analysis, finite element method with the cracked beam elements and finite element method with three dimensional continuum elements. Finite element formulation of the cracked beam element is introduced. Additional term about stress intensity factor based on fracture mechanics theory is added to flexibility matrix of original beam to model the crack. As using calculated stiffness matrix of cracked beam element and mass matrix, natural frequencies are calculated by eigen value analysis. In the case of using continuum elements, the natural frequencies could be calculated by using EDISON CASAD solver. Several cases of crack are simulated to obtain natural frequencies corresponding the crack. The surface of natural frequency is plotted as changing with crack location and depth. Inverse analysis method is used to find crack location and depth from the natural frequencies of experimental data, which are referred by another papers. Predicted results are similar with the true crack location and depth.
An energy-based fatigue life prediction framework was previously developed by the authors for prediction of axial and bending fatigue life at various stress ratios. The framework for the prediction of fatigue life via energy analysis was based on a new constitutive law, which states the following: the amount of energy required to fracture a material is constant. In this study, the energy expressions that construct the new constitutive law are integrated into minimum potential energy formulation to develop new finite elements for uniaxial and bending fatigue life prediction. The comparison of finite element method (FEM) results to existing experimental fatigue data, verifies the new finite elements for fatigue life prediction. The final output of this finite element analysis is in the form of number of cycles to failure for each element in ascending or descending order. Therefore, the new finite element framework can provide the number of cycles to failure for each element in structural components. The performance of the fatigue finite elements is demonstrated by the fatigue life predictions from Al6061-T6 aluminum and Ti-6Al-4V. Results are compared with experimental results and analytical predictions.
Vivar-Perez, Juan M.;Duczek, Sascha;Gabbert, Ulrich
Smart Structures and Systems
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v.13
no.4
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pp.587-614
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2014
In recent years the interest in online monitoring of lightweight structures with ultrasonic guided waves is steadily growing. Especially the aircraft industry is a driving force in the development of structural health monitoring (SHM) systems. In order to optimally design SHM systems powerful and efficient numerical simulation tools to predict the behaviour of ultrasonic elastic waves in thin-walled structures are required. It has been shown that in real industrial applications, such as airplane wings or fuselages, conventional linear and quadratic pure displacement finite elements commonly used to model ultrasonic elastic waves quickly reach their limits. The required mesh density, to obtain good quality solutions, results in enormous computational costs when solving the wave propagation problem in the time domain. To resolve this problem different possibilities are available. Analytical methods and higher order finite element method approaches (HO-FEM), like p-FEM, spectral elements, spectral analysis and isogeometric analysis, are among them. Although analytical approaches offer fast and accurate results, they are limited to rather simple geometries. On the other hand, the application of higher order finite element schemes is a computationally demanding task. The drawbacks of both methods can be circumvented if regions of complex geometry are modelled using a HO-FEM approach while the response of the remaining structure is computed utilizing an analytical approach. The objective of the paper is to present an efficient method to couple different HO-FEM schemes with an analytical description of an undisturbed region. Using this hybrid formulation the numerical effort can be drastically reduced. The functionality of the proposed scheme is demonstrated by studying the propagation of ultrasonic guided waves in plates, excited by a piezoelectric patch actuator. The actuator is modelled utilizing higher order coupled field finite elements, whereas the homogenous, isotropic plate is described analytically. The results of this "semi-analytical" approach highlight the opportunities to reduce the numerical effort if closed-form solutions are partially available.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2000.04a
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pp.443-450
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2000
In this study a numerical method for soil-pile interaction analysis buried in multi-layered half planes is presented in frequency domain using FE-BE coupling. The total soil-pile interaction system is divided into two parts so called far field and near field beam elements are used for modeling a pile and coupled with plain strain elements for soil modeling. Boundary element formulation using the multi-layered dynamic fundamental solution is adopted to the far field and coupled with near field modeled by finite elements. In order to verify the proposed soil-pile interaction analysis method the dynamic responses of a pile on multi-layered dynamic fundamental solution is adopted to the far field and coupled with near field modeled by finite elements. In order to verify the proposed soil-pile interaction analysis method the dynamic responses of a pile on multi-layered half-planes are performed and compared with experiment results. Through this developed method the dynamic response analysis of a pile buried in multi-layered half planes can be calculated effectively in frequency domain.
The streamfunction-vorticity equations for two-dimentional cavity flow are solved by a new finite element method which uses finite spectral basis functions as interpolation functions for rectangular elements. Results for several cases with different Renold's number are compared with benchmark solutions and found to be in well agreement.
The mechanical behavior of rectangular foundation plates with perimetric beams and internal stiffening beams of the plate is herein analyzed, taking the foundation design into account. A series of dimensionless parameters related to the geometry of the studied elements were defined. In order to generalize the problem statement, an initial settlements was considered. A numeric procedure was developed for the resolution by means of the Finite Differences Method that takes into account the stiffness of the plate, the perimetric and internal plate beams and the soil reaction module. Iterative algorithms were employed which, for each of the analyzed cases, made it possible to find displacements and reaction percentages taken by the plate and those that discharge directly into the perimetric beams, practically without affecting the plate. To enhance its mechanical behavior the internal stiffening beams were prestressed and the results obtained with and without prestressing were compared. This analysis was made considering the load conditions and the soil reaction module constant.
The Transactions of the Korea Information Processing Society
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v.3
no.7
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pp.1906-1916
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1996
For the medical analysis of the three-dimensional structure such as the mandible, it is necessary to reconstruct the structure into the finite number of analyzable elements. The information of the three-dimensional structure can be obtained from the cross-sections of the magnetic resonance image (MRI). A region corresponding to the structure is extracted from the inner part of the cross- section. By the triangulation of the sampled cross-section image, two-dimensional finite elements are generated. Three-dimensional finite elements are constructed by matching the two dimensional finite elements each other in space. In this paper a construction method of the optimal three-dimensional finite elements has been suggested, which uses the adjacent information abstracted from the triangulated two-dimensional finite elements. The elements are classified into the identical property sets by using the adjacent information of the traingulated two-dimensional elements. After applying the multistep matching algorithm to the classified two-dimensional finite elements, the optimal three-dimensional finite elements can be construccted. By analyzing the constructed finite elements, it is possible to get much more useful medical information about the three-dimensional struture of mandible.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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