This paper presents a technique for determining the optimal number of elements in stochastic finite element analysis based on reliability analysis. Using the change-of-variable perturbation stochastic finite element approach, the probability density function of the dynamic responses of stochastic structures is explicitly determined. This method combines the perturbation stochastic finite element method with the change-of-variable technique into a united model. To further examine the relationships between the random fields, discretization of the random field parameters, such as the variance function and the scale of fluctuation, is also performed. Accordingly, the reliability index is calculated based on the explicit probability density function of responses with Gaussian or non-Gaussian random fields in any number of elements corresponding to the random field discretization. The numerical examples illustrate the effectiveness of the proposed method for a one-dimensional cantilever reinforced concrete column and a two-dimensional steel plate shear wall. The benefit of this method is that the probability density function of responses can be obtained explicitly without the use simulation techniques. Any type of random variable with any statistical distribution can be incorporated into the calculations, regardless of the restrictions imposed by the type of statistical distribution of random variables. Consequently, this method can be utilized as a suitable guideline for the efficient implementation of stochastic finite element analysis of structures, regardless of the statistical distribution of random variables.
The development of breast implant technology continues to evolve over time, but changes in breast shape after implantation have not been fully elucidated. Thus, we performed computerized finite element analysis in order to better understand the trajectory of changes and stress variation after breast implantation. The finite element analysis of changes in breast shape involved two components: a static analysis of the position where the implant is inserted, and a dynamic analysis of the downward pressure applied in the direction of gravity during physical activity. Through this finite element analysis, in terms of extrinsic changes, it was found that the dimensions of the breast implant and the position of the top-point did not directly correspond to the trajectory of changes in the breast after implantation. In addition, in terms of internal changes, static and dynamic analysis showed that implants with a lower top-point led to an increased amount of stress applied to the lower thorax. The maximum stress values were 1.6 to 2 times larger in the dynamic analysis than in the static analysis. This finding has important implications for plastic surgeons who are concerned with long-term changes or side effects, such as bottoming-out, after anatomic implant placement.
Tarar, Wasim;Herman Shen, M.H.;George, Tommy;Cross, Charles
Structural Engineering and Mechanics
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v.35
no.5
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pp.571-592
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2010
An energy-based fatigue life prediction framework was previously developed by the authors for prediction of axial, bending and shear 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 the first part of this study, energy expressions that construct the constitutive law are equated in the form of total strain energy and the distortion energy dissipated in a fatigue cycle. The resulting equation is further evaluated to acquire the equivalent stress per cycle using energy based methodologies. The equivalent stress expressions are developed both for biaxial and multiaxial fatigue loads and are used to predict the number of cycles to failure based on previously developed prediction criterion. The equivalent stress expressions developed in this study are further used in a new finite element procedure to predict the fatigue life for two and three dimensional structures. In the second part of this study, a new Quadrilateral fatigue finite element is developed through integration of constitutive law into minimum potential energy formulation. This new QUAD-4 element is capable of simulating biaxial fatigue problems. The final output of this finite element analysis both using equivalent stress approach and using the new QUAD-4 fatigue element, is in the form of number of cycles to failure for each element on a scale in ascending or descending order. Therefore, the new finite element framework can provide the number of cycles to failure at each location in gas turbine engine structural components. In order to obtain experimental data for comparison, an Al6061-T6 plate is tested using a previously developed vibration based testing framework. The finite element analysis is performed for Al6061-T6 aluminum and the results are compared with experimental results.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2002.05a
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pp.661-665
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2002
A lot of investigations have been made in recent years on the equal channel angular pressing (ECAP) which produces ultra-fine grains. The finite element method has been used to investigate this issue. In this paper, pure-Zirconium is considered far ECAP process by three dimensional finite element analysis. The effects of fiction on the deformation behavior have been investigated and compared with two dimensional finite element analysis.
This paper is concerned with the numerical analysis of frictional contact problems in axisymmetric bodies using the rigid-plastic finite element method. A contact finite element method, based on a penalty function, are derived from variational formulations. The contact boundary condition between two deformable bodies is prescribed by the proposed algorithm. The program which can handle frictional contact problem is developed by using pre-existing rigid-plastic finite element code. Some examples used in this paper illustrate the effectiveness of the proposed formulations and algorithms. Efforts focus on the deformation patterns, contact force, and velocity gradient through the various simulations.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.18
no.9
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pp.204-209
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2001
The finite element model for automotive muffler analysis is improved by modifying the boundary condition of outlet and the mesh of finite element model. The model minimizes the difference between transmission loss from analysis and that from experiment. Four different boundary conditions and the four types of finite element model are tested to find out the best one of those. From the case study it is verified that the bevel of transmission loss can be changed by the variation of radiation impedance value. Also the resonance or anti-resonance frequencies of transmission loss can be shifted by the variation of finite element mesh. An improved finite element model of muffler is proposed in consideration with the accuracy and the computing time of analysis.
A finite element analysis for near-net-shape forming of Al6061 powder was performed under warm pressing. The advantages of warm compaction by rubber isostatic pressing were discussed to obtain parts with better density distributions. To simulate densification and deformed shape of a powder compact during warm pressing, the elastoplastic constitutive equation based on yield function of Shima-Oyane was implemented into a finite element program(ABAQUS). The hyperelastic constitutive equation based on the Ogden strain energy potential was employed to analyze nonlinear elastic response of rubber. Finite element results were compared with experimental data for Al6061 powder compacts under warm pressing.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2003.04a
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pp.143-146
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2003
A finite element based on the efficient higher order zig-zag theory with multiple delaminations Is developed to refine the predictions of frequency and mode shapes. Displacement field through the thickness are constructed by superimposing linear zig-zag field to the smooth globally cubic varying field. The layer-dependent degrees of freedom of displacement fields are expressed in terms of reference primary degrees of freedom by applying interface continuity conditions including delaminated interfaces as well as free hounding surface conditions of transverse shear stresses. Thus the proposed theory is not only accurate but also efficient. This displacement field can systematically handle the number, shape, size, and locations of delaminations. Throught the dynamic version of variational approach, the dynamic equilibrium equations and variationally consistent boundary conditions are obtained. Through the natural frequency analysis and time response analysis of composite plate with multiple delaminations, the accuracy and efficiency of the present finite element are demonstrated. The present finite element is suitable in the predictions of the dynamic response of the thick composite plate with multiple delaminations.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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1996.10a
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pp.20-28
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1996
An Eulerian finite element method for the analysis of steady state rolling/extrusion of sintered powder metals is presented. Initial guess of the porosity distribution in an Eulerian mesh is obtained from the velocity and scaled pressure field computed by the Consistent Penalty finite element formulations-the standard one and the consistent penalty type one-are invoked for the analysis of strain hardening, dilatant viscoplastic deformation of porous metals. Comparisons of the predicted distributions of porosity to those by a Lagrangian finite element method and by experiments reported in the articles prove the effectiveness and validity of the proposed method.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2002.05a
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pp.824-829
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2002
Since many reciprocating and rotating components are attached to jet loom structure. it is exposed to a more vibration and moise problems than the other textile machinery. Thus the design of the jet loom frame is very important to characterize the dynamic response. In this study, a finite element model of jet loom main frame was developed to investigate the dynamic characteristics of jet loom. Two different finite element models of different main frames were constructed and these models were validated by the experimental results. Dynamic characteristics such natural frequencies and mode shapes were in good agreement between the finite element analysis and experimental results within 10% error range. It is expected that the result from this study can be used as the basic information of jet loom dynamic analysis and be extended for further analysis of forced response case.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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