Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.3
no.2
s.8
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pp.85-90
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2003
If we use a third order approximation for the displacement function of beam element in finite element methods, finite element solutions of beams yield nodal displacement values matching to beam theory results to have no connection with the number increasing of elements of beams. It is assumed that, as the member displacement value at beam nodes are correct, the calculation procedure of beam element stiffness matrix have no numerical errors. A the member forces are calculated by the equations of $\frac{-M}{EI}=\frac{{d^2}{\omega}}{dx^2}\;and\;\frac{dM}{dx}=V$, the member forces at nodes of beams have errors in a moment and a shear magnitudes in the case of smaller number of element. The nodal displacement value of plate subject to the lateral load converge to the exact values according to the increase of the number of the element. So it is assumed that the procedures of plate element stiffness matrix calculations has a error in the fundamental assumptions. The beam methods for the high accuracy ratio solution Is also applied to the plate analysis. The method of reducing a error ratio of member forces and element stiffness matrix in the finite element methods is studied. Results of study were as follows. 1. The matrixes of EI[B] and [K] in the equations of M(x)=EI[B]{q} and M(x) = [K]{q}+{Q} of beams are same. 2. The equations of $\frac{-M}{EI}=\frac{{d^2}{\omega}}{dx^2}\;and\;\frac{dM}{dx}=V$ for the member forces have a error ratio in a finite element method of uniformly loaded structures, so equilibrium node loads {Q} must be substituted in the equation of member forces as the numerical examples of this paper revealed.
We propose a 2D 'crack' element for the simulation of propagating crack with minimal remeshing. A regular finite element containing the crack tip is replaced with this novel crack element, while the elements which the crack has passed are split into two transition elements. Singular elements can easily be implemented into this crack element to represent the crack-tip singularity without enrichment. Both crack element and transition element proposed in our formulation are mapped from corresponding master elements which are commonly built using the moving least-square (MLS) approximation only in the natural coordinate. In numerical examples, the accuracy of stress intensity factor $K_I$ is demonstrated and the crack propagation in a plate is simulated.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.12
no.5
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pp.24-33
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2003
This study proposed a technique for inverse problem, linear approximation of contact position and loading in single and double meshing of transmission contact element using 2-dimension model considered near the tooth by root stress. Determination of root stress is carried out far the gear tooth by finite element method and boundary element method. Boundary element discretization near contact point is carefully performed to keep high computational accuracy. The predicted results of boundary element method are good accordance with that of finite element method.
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.
In this research, the finite element analysis of piezocone penetration and dissipation tests has been conducted using the anisotropic elastoplastic-viscoplastic bounding surface model, virtual work equation, and theory of mixtures formulated in the Up[dated Lagrangian reference frame for the large deformation and finite strain nature of piezocone penetration. The formulated equations have been implemented into a finite element program. The cone resistance, excess pore water pressure, and dissipation of excess pore water pressure from the finite element analysis have been compared and investigated. An effective simulation could be performed with the use of the anisotropic and viscous soil model. The finite element formulations and the results are described in part 'I' and part 'II' respectively.
This paper demonstrates an application of the perturbation based stochastic finite element method (SFEM) for predicting the performance of structural systems made of composite sections with random material properties. The composite member consists of materials in contact each of which can surround a finite number of inclusions. The perturbation based stochastic finite element analysis can provide probabilistic behavior of a structure, only the first two moments of random variables need to be known, and should therefore be suitable as an alternative to Monte Carlo simulation (MCS) for realizing structural analysis. A summary of stiffness matrix formulation of composite systems and perturbation based stochastic finite element dynamic analysis formulation of structural systems made of composite sections is given. Two numerical examples are presented to illustrate the method. During stochastic analysis, displacements and sectional forces of composite systems are obtained from perturbation and Monte Carlo methods by changing elastic modulus as random variable. The results imply that perturbation based SFEM method gives close results to MCS method and it can be used instead of MCS method, especially, if computational cost is taken into consideration.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.33
no.5
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pp.686-695
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2009
Flow characteristics in linear axial cascade have been studied using large eddy simulation(LES) based on finite element method(FEM) to investigate details of the leakage flow in the tip clearance of axial flow rotor. STAR-CD(FVM) and PAT-Flow(FEM) have been adopted to solve the Navier-Stokes equations for the simulation of the unsteady turbulent flow. Numerical results from the present study have been compared with the existing experimental results to investigate a tip clearance effect on velocity profile and static pressure distribution on blade surface at various spanwise positions. Both simulation results agree well with the experimental data. However, it has been shown that the results of finite-element large-eddy simulation agree better with experimental data than $k-{\varepsilon}$ turbulent model based on finite volume method regarding the tip vortex geometry and static pressure distribution at the center of the tip vortex core. As a result of this study, it is shown that finite-element large-eddy simulation method can predict more exactly on the tip leakage vortex flow and behind flow field.
The Magazine of the Society of Air-Conditioning and Refrigerating Engineers of Korea
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v.13
no.2
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pp.10-15
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1984
The aims of this study are to obtain a suitable method and a proper mesh for investigation of the temperature distribution and heat transfer. The relative errors of temperature distribution and heat transfer for each mesh are acquired in accordance with linear finite element (FEM 3), square finite element (FEM 6), cubic finite element (FEM 10), and finite difference method (FDM). It has been found that FEM 10 is the most accurate measure to obtain the temperature distribution and heat transfer. However, no significant results have been obtained successfully, because when higher order finite element methods are used the more computational efforts are necessary due to the distribution of elements. The results of this study are as follows ; 1 . In case of a=b=L, meshes for less than $1\%$ relative errors (temperature distribution) acquired in various methods to exact solution are $2\times2,\;4\times4,\;8\times8\;and\;8\tiems8$ for each FEM 10, FEM 6, FEM 3 and FDM and a=L, b=1/2L are $10\times5$ for each FEM 3 and FDM. And the tendency of results acquired of heat transfer is similar to those above. 2 . In computational efforts (a=b=L), FEM 6 has taken 21 times. and FEM 10 154times FEM 3 and FDM and FEM 3 is the sane as FDM.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.16
no.2
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pp.183-195
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2003
In this study, the method of the finite element modeling for free vibration control of beam-type smart structures with bonded plate-type piezoelectric sensors and actuators is proposed. Constitutive equations for the direct piezoelectric effect and converse piezoelectric effect of piezoelectric materials are considered. By using the variational principle, the equations of motion for the smart beam finite element are derived. The proposed 2-node beam finite element is an isoparametric element based on Timoshenko beam theory. Therefore, by analyzing beam-type smart structures with smart beam finite elements, it is possible to simulate the control of the structural behavior by applying voltages to piezoelectric actuators and monitoring of the structural behavior by sensing voltages of piezoelectric sensors. By using the smart beam finite element and constant-gain feed back control scheme, the formulation of the free nitration control for the beam structures with bonded plate-tyPe Piezoelectric sensors and actuators is proposed.
In this paper, it is aimed to determine the finite element model updating effects on the structural behavior of long span concrete highway bridges. Birecik Highway Bridge located on the 81stkm of Sanliurfa-Gaziantep state highway over Firat River in Turkey is selected as a case study. The bridge consist of fourteen spans, each of span has a nearly 26m. The total bridge length is 380m and width of bridge is 10m. Firstly, the analytical dynamic characteristics such as natural frequencies and mode shapes are attained from finite element analyses using SAP2000 program. After, experimental dynamic characteristics are specified from field investigations using Operational Modal Analysis method. Enhanced Frequency Domain Decomposition method in the frequency domain is used to extract the dynamic characteristics such as natural frequencies, mode shapes and damping ratios. Analytically and experimentally identified dynamic characteristics are compared with each other and finite element model of the bridge is updated to reduce the differences by changing of some uncertain parameters such as section properties, damages, boundary conditions and material properties. At the end of the study, structural performance of the highway bridge is determined under dead load, live load, and dynamic loads before and after model updating to specify the updating effect. Displacements, internal forces and stresses are used as comparison parameters. From the study, it is seen that the ambient vibration measurements are enough to identify the most significant modes of long span highway bridges. Maximum differences between the natural frequencies are reduced averagely from %46.7 to %2.39 by model updating. A good harmony is found between mode shapes after finite element model updating. It is demonstrated that finite element model updating has an important effect on the structural performance of the arch type long span highway bridge. Maximum displacements, shear forces, bending moments and compressive stresses are reduced %28.6, %21.0, %19.22, and %33.3-20.0, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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