This paper develops a finite element model for studying the crashworthiness analysis of a mid-size truck. A simulation for a truck frontal crash to a rigid barrier using the model is performed with PAM-CRASH installed in super computer SP2. Full vehicle model is composed of 86467 shell elements, 165 beam elements and 98 bar elements, and 86769 nodes. The model uses four material model such as elastic, elastic-plastic(steel), rigid and elastic-plastic(rubber) material model which are in PAM-CRASH. Frame and suspension system are modeled with 28774 shell elements and 31412 nodes. Cab is modeled with 34680 shell elements and 57 beam elements, and 36254 nodes. Bumper is modeled with 2262 shell elements, and 2508 nodes. Axle, steering shaft, etc are modeled using beam or bar elements. Mounting parts are modeled using rigid bodies. Bodies are interconnected using nodal constrains or joint options. To verify the developed model, frontal crash test with 30mph velocity to a rigid barrier is carried out. In the crash test, vehicle pulse at lower part of b-pillar is measured, and deformed shapes of frame and driver seat area are photographed. Those measured vehicle pulse and photographed pictures are compared those from the simulation to verify the developed finite element model.
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 study, the new three-dimensional finite element analysis model of guideway structures considering ultra high-speed magnetic levitation train-bridge interaction, in which the various improved finite elements are used to model structural members, is proposed. The box-type bridge deck of guideway structures is modeled by Nonconforming Flat Shell finite elements with six DOF (degrees of freedom). The sidewalls on a bridge deck are idealized by using beam finite elements and spring connecting elements. The vehicle model devised for an ultra high-speed Maglev train is employed, which is composed of rigid bodies with concentrated mass. The characteristics of levitation and guidance force, which exist between the super-conducting magnet and guideway, are modeled with the equivalent spring model. By Lagrange's equations of motion, the equations of motion of Maglev train are formulated. Finally, by deriving the equations of the force acting on the guideway considering Maglev train-bridge interaction, the complete system matrices of Maglev train-guideway structure system are composed.
Su, Hao;Zhu Lihua;Wang, Yaohong;Feng, Lei;Gao, Zeyu;Guo, Yuchen;Meng, Longfei;Yuan, Hanquan
Steel and Composite Structures
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제43권1호
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pp.55-66
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2022
To develop high-efficiency lateral force resistance components for high-rise buildings, a novel energy dissipation shear wall with concrete-filled steel tubular (CFST) column elements was proposed. An energy dissipation shear wall specimen with CFST column elements (GZSW) and an ordinary reinforced concrete shear wall (SW) were constructed, and experimented by low-cycle reversed loading. The mechanical characteristics of these two specimens, including the bearing capacity, ductility, energy dissipation, and stiffness degradation process, were analyzed. The finite-element model of the GZSW was established by ABAQUS. Based on this finite-element model, the effect of the placement of steel-plate energy dissipation connectors on the seismic performance of the shear wall was analyzed, and optimization was performed. The experiment results prove that, the GZSW exhibited a superior seismic performance in terms of bearing capacity, ductility, energy dissipation, and stiffness degradation, in comparison with the SW. The results calculated by the ABAQUS finite-elements model of GZSW corresponded well with the results of experiment, and it proved the rationality of the established finite-elements model. In addition, the optimal placement of the steel-plate energy dissipation connectors was obtained by ABAQUS.
This article provides a dynamic analysis model for huge marine engine that examined analytically variation effects of frequency response by fitting of transverse stays such as hydraulic type. First, vibration analysis using the three dimensional finite element models for the huge marine engine has performed in order to find out the dynamic characteristics. Second, three dimensional finite elements model for the huge marine engine was modifued so that generate forcing nodes in crosshead part and top bracing nodes in cylinder frame part. Third, a system matrix and output matrix was derived for the general siso(single input single out) state space model. Finally, developed state space model for the three dimensional finite elements model for the huge marine engine without the additional modifying process.
The understanding and prediction of the behavior of flow in open channels are important to the solution of a wide variety of practical flow problems in water resources engineering. Recently, frequent drought has increased the necessity of an effective water resources control and management of river flows for reserving instream flow. The objective of this study is to develop an efficient and accurate finite element model based on Streamline Upwind/Petrov-Galerkin(SU/PG) scheme for analyzing and predicting two dimensional flow features in complex natural rivers. Several tests were performed in developed all elements(4-Node, 6-Node, 8-Node elements) for the purpose of validation and verification of the developed model. The U-shaped channel of flow and natural river of flow were performed for tests. The results were compared with these of laboratory experiments and RMA-2 model. Such results showed that solutions of high order elements were better accurate and improved than those of linear elements. Also, the suggested model displayed reasonable velocity distribution compare to RMA-2 model in meandering domain for application of natural river flow. Accordingly, the developed finite element model is feasible and produces reliable results for simulation of two dimensional natural river flow. Also, One contribution of this study is to present that results can lead to significant gain in analyzing the accurate flow behavior associated with hydraulic structure such as weir and water intake station and flow of chute and pool.
It is usual that underground structures are constructed within multi-layered medium. In this paper, an efficient numerical model ling of multi-layered structural systems is studied using coupled analysis of finite elements and boundary elements. The finite elements are applied to the area in which the material nonlinearity is dominated, and the boundary elements are applied to the far field area where the nonlinearity is relatively weak. In the boundary element model 1 ins of the multi-layered medium, fundamental solutions are restricted. Thus, methods which can utilize existing Kelvin and Melan solution are sought for the interior multi-layered domain problem and semi infinite domain problem. Interior domain problem which has piecewise homogeneous layers is analyzed using boundary elements with Kelvin solution; by discretizing each homogeneous subregion and applying compatibility and equilibrium conditions between interfaces. Semi-infinite domain problem is analyzed using boundary elements with Melan solution, by superposing unit stiffness matrices which are obtained for each layer by enemy method. Each methodology is verified by comparing its results which the results from the finite element analysis and it is concluded that coupled analysis using boundary elements and finite elements can be reasonable and efficient if the superposition technique is applied for the multi-layered semi-infinite domain problems.
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.
High order finite element have a greater convergence rate than low order finite elements, and in general produce more accurate results. These elements have the disadvantage of being more computationally expensive and often require a longer time to solve the finite element analysis. High order elements have been used in this paper to obtain a new eigenvalue solution with out re-solving the new model. The optimisation of the eigenvalue via the differentiation of the Rayleigh quotient has shown that the additional nodes associated with the higher order elements can be condensed out and solved using the original finite element solution. The higher order elements can then be used to calculate an improved eigenvalue for the finite element analysis.
This paper develops a finite element model for crashworthiness analysis ova small-sized bus. The full vehicle finite element model is composed of 31,982 shell elements,599 beam elements,42 bar elements, and 34,204 nodes. The model uses four material models (such as elastic, elastic-plastic(steel), rigid. and elastic-plastic (rubber) material model) of PAM-CRASH. The model uses four contact types to define sliding interfaces in ten areas. A frontal crash test using an actual vehicle with 30mph velocity to a rigid barrier is carried out. Vehicle pulses at lower part of left and right b-pillar are measured, and deformed shapes of frame and driver seat's lower left area are photographed. A frontal crash simulation using the developed full vehicle finite element model is performed with PAM-CRASH installed in super computer SP2. The simulation is performed with the same conditions as the test. The measured vehicle pulses and photographed deformed shapes from the test are compared to ones from the simulation to validate the reliability of the developed model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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