The dynamic behavior of crankshaft-bearing system in scroll compressor has been investigated using the combined methodologies of finite elements and transfer matrices. The finite element formulation is proposed including the field element for a shaft section and the point element at balancer weight locations, bearing locations, etc., whereas the conventional method is used with the elements. The Houbolt method is used to consider the time march for the integration of the system equations. The linear stiffness and damping coefficients are calculated for a finite cylindrical fluid-film bearing by solving the Reynolds equation, using finite difference method. The orbital response of crankshaft supported on the linear bearing model is obtained, considering balancer weights of motor rotor. And, the steady state displacement of crankshaft are compared with a variation in balancer weight. The loci of crankshaft at bearing locations are composed of the synchronous whirl component and the non-synchronous whirl component.
Dias, Maiga M.;Tamayo, Jorge L.P.;Morsch, Inacio B.;Awruch, Armando M.
Computers and Concrete
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제15권4호
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pp.687-707
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2015
A finite element computer code for short-term analysis of steel-concrete composite structures is extended to study long-term effects under service loads, in the present work. Long-term effects are important in engineering design because they influence stress and strain distribution of the structural system and therefore contribute to the increment of deflections in these structures. For creep analysis, a rheological model based on a Kelvin chain, with elements placed in series, was employed. The parameters of the Kelvin chain were obtained using Dirichlet series. Creep and shrinkage models, proposed by the CEB FIP 90, were used. The shear-lag phenomenon that takes place at the concrete slab is usually neglected or not properly taken into account in the formulation of beam-column finite elements. Therefore, in this work, a three-dimensional numerical model based on the assemblage of shell finite elements for representing the steel beam and the concrete slab is used. Stud shear connectors are represented for special beam-column elements to simulate the partial interaction at the slab-beam interface. The two-dimensional representation of the concrete slab permits to capture the non-uniform shear stress distribution in the horizontal plane of the slab due to shear-lag phenomenon. The model is validated with experimental results of two full-scale continuous composite beams previously studied by other authors. Results are given in terms of displacements, bending moments and cracking patterns in order to shown the influence of long-term effects in the structural response and also the potentiality of the present numerical code.
Three-dimensional Lagrangian fluid finite element is applied to seismic response analysis of an oil storage tank with a floating roof. The fluid element utilized in the present analysis is formulated based on the displacement finite element method considering only volumetric elasticity and its element stiffness matrix is derived by using one-point integration method in order to avoid volumetric locking. The method usually adds a rotational penalty stiffness to satisfy the irrotational condition for fluid motion and modifies element mass matrices through the projected mass method to suppress spurious hourglass-mode appeared in compensation for one-point integration. In the fluid element utilized in the present paper, a small hourglass stiffness is employed. The fluid and structure domains for the objective oil storage tank are modeled by eight-node solid elements and four-node shell elements, respectively, and the transient response of the floating roof structure or the free surface are evaluated by implicit direct time integration method. The results of seismic response analyses are compared with those by other method and the validation of the present analysis using three-dimensional Lagrangian fluid finite elements is shown.
A FE-(FE-HE)-BE procedure is presented for dynamic analysis of concrete arch dams. In this technique, dam body is discretized by solid finite elements, while the reservoir domain is considered by a combination of fluid finite elements and a three-dimensional fluid hyper-element. Furthermore, foundation rock domain is handled by three-dimensional boundary element formulation. Based on this method, a previously developed program is modified, and the response of Morrow Point arch dam is studied for various conditions. Moreover, the effects of canyon shape on response of dam, is also discussed.
In this paper, we present the equations of motion by which the natural vibration of a rotating annular disk can be accurately analyzed. These equations are derived from the theory of finite deformation and the principle of virtual work. The radial displacements of annular disk which is rotating at constant angular velocity are determined by non-linear equations formulated using 1-dimensional finite elements in radial direction. The equations of the in-plane vibrations at disturbed state are also formulated using 1-dimensional finite elements in radial direction along the number of nodal diameters. They are expressed as in functions of the radial displacements at the steady state and the disturbed displacements about the steady state. In-plane static deformation modes of the annular disk are used as the interpolation functions of 1-dimensional finite elements in radial direction. The natural vibrations of an annular disk with different boundary conditions are analyzed by using the presented model and the 3-dimensional finite element model to verify accuracy of the presented equations of motion. Its results are compared and discussed.
A structural-acoustic coupling problem involving fluid in a cavity divided with flexible walls and porous materials is investigated in this paper. In many practical problems, the use of finite elements to discretize the fluid region leads to large stiffness and mass matrices. But, since the acoustic boundary element discretization requires to put elements only on the surface of structure, the size of matrices is reduced considerably. Here, we developed a numerical analysis program for the structural-acoustic coupling problems of the multi-region cavity, using boundary elements for the fluid regions and finite elements for the structure. By considering sound transmission through layered systems placed in a cavity, the accuracy of the coupled acoustical-structural finite element model has been verified by comparing its transmission loss predictions with analytical sloutions. Example problems are included to investigate the characteristics of the multi-region structural-acoustic coupling system with porous material.
터널과 같이 구조물의 크기가 매질의 영역에 비하여 상대적으로 작은 경우와 같은 무한영역의 문제는 유한요소법을 적용하여 해석할 수 있으나 해석의 정밀도를 높이기 위해서는 해석영역을 크게 선정하게 되어 계산량이 증가하고, 인위적인 경계조건에 의한 오차의 영향을 피할 수 없다. 이를 개선하기 위해 관심영역은 유한요소로 모델링하고 무한영역은 무한요소로 모델링하는 혼합법을 적용하면 보다 효과적이다. 본 연구에서는 다양한 감쇠함수를 적용한 등매개변수형 무한요소를 제안하였고 매개변수해석을 통하여 터널해석에 적합한 감쇠함수의 특성치를 제시하였다. 또한 이를 적용한 3차원 혼합모델이 터널 해석에 유효함을 입증하였다.
This paper investigates the heat equation for domains subjected to an internal source with a sharp spatial gradient. The solution is first approximated using linear finite elements, and sufficiently small time-step sizes to yield stable simulations. The main area of interest is then in the ability to approximate the solution using Generalized Finite Elements, and again explore the time-step limitations required for stable simulations. Both high order elements, as well as elements with special enrichments are used to generate solutions. When compared to linear finite elements, the high order elements deliver better accuracy at a given level of mesh refinement, but do not offer an increase in critical time-step size. When special enrichment functions are used, the solution can be approximated accurately on very coarse meshes, while yielding solutions which are both accurate and computationally efficient. The major conclusion of interest is that the significantly larger element size yields larger allowable time-step sizes while still maintaining stability of the time-stepping algorithm.
Current geometric modeling and analysis are commonly based on B-Rep modeling and a finite elements method respectively. Furthermore, it is difficult to represent an object whose material property is heterogeneous using the B-Rep method because the B-Rep is basically used for homogeneous models. In addition, meshes are required to analyze a property of a model when the finite elements method is applied. However, the process of generating meshes from B-Rep is cumbersome and sometimes difficult especially when the model is deformed as time goes by because the topology of deforming meshes are changed. To overcome those problems in modeling and analysis including homogeneous and heterogeneous materials, we suggest a unified modeling and analysis method based on implicit representation of the model using R-function which is suggested by Rvachev. For implicit modeling of an object a distance field is approximated and blended for a complex object. Using the implicit function mesh-free analysis is possible where meshes are not necessary. Generally mesh-free analysis requires heavy computational cost compared to a finite elements method. To improve the computing time of function evaluation, we utilize GPU programming. Finally, we give an example of a simple pipe design problem and show modeling and analysis process using our unified modeling and analysis method.
This paper presents the application of hybrid-simulation-based adapter elements for the non-linear two-scale analysis of reinforced concrete frames with masonry infills under seismic-like demands. The approach provides communication and distribution of the computations carried out by two or more remote or locally distributed numerical models connected through the OpenFresco Framework. The modeling consists of a global analysis formed by macro-elements to represent frames and walls, and to reduce global degrees of freedom, portions of the structure that require advanced analysis are substituted by experimental elements and dimensional couplings acting as interfaces with their respective sub-assemblies. The local sub-assemblies are modeled by solid finite elements where the non-linear behavior of concrete matrix and masonry infill adopt a continuum damage representation and the reinforcement steel a discrete one, the conditions at interfaces between concrete and masonry are considered through a contact model. The methodology is illustrated through the analysis of a frame-wall system subjected to lateral loads comparing the results of using macro-elements, finite element model and experimental observations. Finally, to further assess and validate the methodology proposed, the paper presents the pushover analysis of two more complex structures applying both modeling scales to obtain their corresponding capacity curves.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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