Proceedings of the Korean Powder Metallurgy Institute Conference
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2006.09a
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pp.187-188
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2006
In contrast with the Finite Element Method, the Discrete Element Method (DEM) takes explicitly into account the particulate nature of powders. DEM exhibits some drawbacks and many advantages. Simulations can be computationally expensive and they are only able to represent a volume element. However, these simulations have the great advantage of providing a wealth of information at the microstructural level. Here we demonstrate that the method is well suited for modelling, in coordination with FEM, the compaction of ceramic $UO_2$ particles that have been aggregated. Aggregates of individual ceramic crystallites that are strongly bonded together are represented by porous spheres.
In this paper, the influence of fibre orientation and aspect ratio on stability analysis of simply supported skew plates subjected to in plane loading is studied by using a four noded hybrid plate finite element. The formulation of the element is based on Hellinger-Reissner variational principle. The element is developed by combining a hybrid plane stress element and a hybrid plate element. Some numerical problems are solved and the effects of skew angle, aspect ratio, fibre orientation and loading type on the critical buckling loads are highlighted.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.32
no.2
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pp.250-255
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2008
Springs are widely utilized in machine element. To find out stiffness of frustum-shaped coil spring, the space beam theory using the finite element method is adopted in this paper. In three dimensional space, a space frame element is a straight bar of uniform cross section which is capable of resisting axial forces, bending moments about two principal axes in the plane of its cross section and twisting moment about its centroidal axis. The corresponding displacement degrees of freedom are twelve. To find out load vector of coil spring subjected to distributed compression. principle of virtual work is adapted. And this theory was programming using MATLAB software. To compare FEM using MATLAB software was applied MSC. Nastran software. The geometry model for MSC. Patran was produced by 3-D design modeling software. Finite element model was produced by MSC. Patran. Finite element was applied tetra (CTETRA) having 10 node. The analysis results of the MATLAB and MSC. Nastran are fairly well agreed with those of various experiments. Using MATLAB program proposed in this paper and MSC. Nastran, spring constants and stresses can be predicted by input of few factors.
The present paper presents multiscale modelling via coupling of the discrete and finite element methods. Theoretical formulation of the discrete element method using spherical or cylindrical particles has been briefly reviewed. Basic equations of the finite element method using the explicit time integration have been given. The micr-macro transition for the discrete element method has been discussed. Theoretical formulations for macroscopic stress and strain tensors have been given. Determination of macroscopic constitutive properties using dimensionless micro-macro relationships has been proposed. The formulation of the multiscale DEM/FEM model employing the DEM and FEM in different subdomains of the same body has been presented. The coupling allows the use of partially overlapping DEM and FEM subdomains. The overlap zone in the two coupling algorithms is introduced in order to provide a smooth transition from one discretization method to the other. Coupling between the DEM and FEM subdomains is provided by additional kinematic constraints imposed by means of either the Lagrange multipliers or penalty function method. The coupled DEM/FEM formulation has been implemented in the authors' own numerical program. Good performance of the numerical algorithms has been demonstrated in a number of examples.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.49
no.4
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pp.43-49
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2007
The reinforced concrete slab is one of main structure members in the construction industry sector. However, most of researches regarding to RC slabs have been focused on two-dimensional Mindlin-type plate element on the basis of laminated plate theory since three-dimensional solid element has a lot of difficulties in finite element formulation and costs in CPU time. In reality, the RC slabs are subjected to dynamic loads like a heavy traffic vehicle load, and thus should insure the safety from the static load as well as dynamic load. Once we can estimate the dynamic behaviour of RC slabs exactly, it will be very helpful for design of it. In this study, the 20-node solid element has been used to analyze the dynamic characteristics of RC slabs with clamped edges. The elasto-visco plastic model for material non-linearity and the smeared crack model have been adopted in the finite element formulation. The applicability of the proposed finite element has been tested for dynamic behaviour of RC slabs with respect to characteristics of concrete materials in terms of cracking stress, crushing strain, fracture energy and Poisson's ratio. The effect on dynamic behaviour is dependent on not crushing strain but cracking stress, fracture energy and Poisson's ratio. In addition to this, it is shown the damping phenomenon of RC slabs has been identified from the numerical results by using Rayleigh damping.
Park, Kwang-Phil;Cha, Ju-Hwan;Lee, Kyu-Yeul;Ham, Seung-Ho
Korean Journal of Computational Design and Engineering
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v.15
no.6
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pp.411-417
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2010
In this paper, the boom of a floating crane is modeled as a 3-dimensional elastic beam in order to analyze the dynamic response of the crane and its cargo. The boom is divided into more than two elements based on finite element formulation, and deformation of each element is expressed in terms of shape matrix and nodal coordinates. The equations of motion for the elastic boom consist of a mass matrix, a stiffness matrix, and a quadratic velocity vector that contains the gyroscopic and Coriolis forces. The size and complicity of the matrices increase in proportion with the number of elements. Therefore, it is not possible to derive the equations of motion explicitly for different number of elements. To overcome this difficulty, matrices for one 3-dimensional element are expressed with elementary sub-matrices. In particular, the quadratic velocity vector is derived as a product of a shape matrix and a 3-dimensional rotation matrix. By using the derived matrices, the equations of motion for the multi-element boom are automatically constructed. To verify the implementation of the elastic boom based on finite element formulation, we simulated a simple vibration of the elastic boom and compared the average deformation with the analytic solution. Finally, heave motion of the floating crane and surge motion of the cargo are presented as application examples of the elastic boom.
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.
This paper employed a systematic analysis using a 2-D hybrid special finite element containing an edge crack in order to describe the fracture behavior of spot-welds in automotive structures. The 2-D hybrid special finite element is derived form a mixed formulation with a complex potential function with the description of the singularity of a stress field. The hybrid special finite element containing an edge crack can give a better description of its singularity with only one hybrid element surrounding one crack. The advantage of this special element is that it can greatly simplify the numerical modeling of the spot welds. Some numerical examples demonstrate the validity and versatility of the present analysis method. The lap-shear, lap-tension and angle-clip specimens are analyzed and some useful fracture parameters such as the stress intensity factor and the initial direction of crack growth are obtained simultaneously.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2005.11a
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pp.267-270
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2005
Finite element model of pressurized water reactor internals were obtained using ANSYS software package to analyze dynamic characteristics. The pressure vessel, hold-down ring, alinement key, core support barrel(CSB), upper guide structure(UGS) and fluid gap were fully modeled using structural solid element(SOLID45) and fluid element(FLUID80) which is one of element types. Also modal analysis using the above finite element model has been performed. As a result, it was found that the fundamental beam mode natural frequency of the CSB were 8.2 Hz, the shell mode one 14.5 Hz. To verify the Finite Element Analysis(FEA), we compare the analysis result with experimental data that is obtained from the plant IVMS(internal Vibration Monitoring System). The experimental results are good agreement with the FEA model.
This paper focuses on the study of dynamic analysis of thick plates resting on Winkler foundation. The governing equation is derived from Mindlin's theory. This study is a parametric analysis of the reflections of the thickness / span ratio, the aspect ratio and the boundary conditions on the earthquake excitations are studied. In the analysis, finite element method is used for spatial integration and the Newmark-${\beta}$ method is used for the time integration. While using finite element method, a new element is used. This element is 17-noded and it's formulation is derived from using higher order displacement shape functions. C++ program is used for the analyses. Graphs are presented to help engineers in the design of thick plates subjected to earthquake excitations. It is concluded that the 17-noded finite element is used in the earthquake analysis of thick plates. It is shown that the changes in the aspect ratio are more effective than the changes in the aspect ratio. The center displacements of the reinforced concrete thick clamped plates for b/a=1, and t/a=0.2, and for b/a=2, and t/a=0.2, reached their absolute maximum values of 0.00244 mm at 3.48 s, and of 0.00444 mm at 3.48 s, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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