The accurate modeling of boundary conditions is important in simulations of the discrete element method (DEM) and can affect the numerical results significantly. In conventional triaxial compression (CTC) tests, the specimens are wrapped by flexible membranes allowing to deform freely. To accurately model the boundary conditions of CTC, new flexible boundary algorithms for 2D and 3D DEM simulations are proposed. The new algorithms are computationally efficient and easy to implement. Moreover, both horizontal and vertical component of confining pressure are considered in the 2D and 3D algorithms, which can ensure that the directions of confining pressure are always perpendicular to the specimen surfaces. Furthermore, the boundaries are continuous and closed in the new algorithms, which can prevent the escape of particles from the specimens. The effectiveness of the proposed algorithms is validated by biaxial and triaxial simulations of granular materials. The results show that the algorithms allow the boundaries to deform non-uniformly on the premise of maintaining high control accuracy of confining pressure. Meanwhile, the influences of different lateral boundary conditions on the numerical results are discussed. It is indicated that the flexible boundary is more appropriate for the models with large strain or significant localization than rigid boundary.
트럭 축하중에 의한 도로포장체의 응력과 변형은 대부분 다층 탄성 이론에 의해 예측된다. 대부분의 다층 탄성 이론에 의한 이론적 계산값이 연성 포장 재료의 점탄성적 거동특성, 동적 트럭 축하중, 비균등 타이어 접지압 및 형상등을 해석에 고려하지 못하므로, 계측값에 비해 매우 작은 값을 예측하므로서 도로 포장 두께설계가 과소 설계될 우려가 크다. 이와 같은 도로 포장체 구조해석시 이용되는 중요한 변동요소를 포장 재료의 물성 모델 측면, 비균등 접지압 및 형상 측면, 동적 유한요소해석 측면에서 분석하여 이용 가능한 모델을 본 논문에서 제안하였다. 경계조건 및 민감도 분석을 수행을 통한 효과적인 3차원 연성포장의 유한요소해석모델을 결정하는 방법론을 제안하였으며, 최적 유한요소모델 분석결과와 현장에서 취득한 결과와의 상호비교를 통하여 모델의 유의성을 검증하였으며, 동적 접지하중조건, 점탄성물성 모델 등을 3차원 유한요소 모델에 접목하고, 최적 경계조건을 결정하였다.
In this study, the transverse vibrations of an axially moving flexible beams resting on multiple supports are investigated. The time-dependent velocity is assumed to vary harmonically about a constant mean velocity. Simple-simple, fixed-fixed, simple-simple-simple and fixed-simple-fixed boundary conditions are considered. The equation of motion becomes independent from geometry and material properties and boundary conditions, since equation is expressed in terms of dimensionless quantities. Then the equation is obtained by assuming small flexural rigidity. For this case, the fourth order spatial derivative multiplies a small parameter; the mathematical model converts to a boundary layer type of problem. Perturbation techniques (The Method of Multiple Scales and The Method of Matched Asymptotic Expansions) are applied to the equation of motion to obtain approximate analytical solutions. Outer expansion solution is obtained by using MMS (The Method of Multiple Scales) and it is observed that this solution does not satisfy the boundary conditions for moment and incline. In order to eliminate this problem, inner solutions are obtained by employing a second expansion near the both ends of the flexible beam. Then the outer and the inner expansion solutions are combined to obtain composite solution which approximately satisfying all the boundary conditions. Effects of axial speed and flexural rigidity on first and second natural frequency of system are investigated. And obtained results are compared with older studies.
The problem of defining the relationship between interior space and exterior envelope of a building has long been a challenging task in the field of architecture throughout its history. This research chronologically reviews some of the important turning points in various schools of thoughts concerning construction of exterior envelope, with focus on how they influenced and altered the formation of our interior environment. This research also stipulates on how technological advance in the late 20th century laid grounds for a new type of interior-exterior relations in architecture through creation of flexible and ambiguous boundary conditions. The focus of this qualitative research will be on contemporary works of Japanese architects Toyo Ito, SANAA, and related group of architects who address the issues of transparency, flexible interior layout, buffer zones, structural facade, and neutralized (homogeneous) space that produces spatial quality of non-linear, non-hierarchical, and de-materialized space as a direct alternative to modern principles of space making.
A boundary control method that controls interior state by actively controlling the boundary conditions in boundary value problems is proposed for the vibration control of flexible beam by using piezoelectric actuators. The governing equations are derived based on the Euler beam theory and the reduced order model is obtained by modal truncation. The spillover effects caused by the uncontrolled high frequency modes are analyzed and the method selecting a suitable sensor location is also proposed. The lag compensator in digital form is realized by using a microcomputer and its peripheral devices. The efficiency of the proposed control scheme is demonstrated experimentally and compared with the simulation results.
The hybrid Cartesian/immersed boundary method is applied to simulate fluid-structure interaction of a two-dimensional orbiting flexible foil. The elastic deformation of the flexible foil is modelled based on the dynamic equation of a thin-plate. At each time step, the locations and velocities of the Lagrangian control points on the flexible foil are used to reconstruct the boundary conditions for the flow solver based on the hybrid staggered/non-staggered grid. To test the developed code, the flow fields around a flapping elliptical wing are calculated. The time history of the vertical force component and the evolution of the vorticity fields are compared with recent other computations and good agreement is achieved. For the orbiting flexible foil, the vorticity fields are compared with those of the case without the deformation. The combined effects of the angle of attack and the orbit on the deformation are investigated. The grid independency study is carried out for the computed time history of the deformation at the tip.
A method to design a boundary controller for global stabilization of three-dimensional nonlinear dynamics of flexible marine risers is presented in this paper. Equations of motion of the risers are first developed in a vector form. The boundary controller at the top end of the risers is then designed based on Lyapunov's direct method. Proof of existence and uniqueness of the solutions of the closed loop control system is carried out by using the Galerkin approximation method. It is shown that when there are no environmental disturbances, the proposed boundary controller is able to force the riser to be globally exponentially stable at its equilibrium position. When there are environmental disturbances, the riser is stabilized in the neighborhood of its equilibrium position by the proposed boundary controller.
Many mechanical systems are over-constrained if only rigid bodies are used to model the system. One example of such system is a satellite system with solar panels. To avoid this over-constrained problem, solar panels can be modeled as flexible bodies. The CMS(Component Mode Synthesis) method is widely used to analyze the flexible multi-body system because it can considerably approximate the deformation of the flexible bodies using small number of well-selected mode. However, it is very difficult to decide the boundary condition and the selection of modes. In this paper, the methods for mode synthesis and setting the boundary condition are presented to analyze the flexible multi-body system with over-constraints. Finally, the reliability of proposed method is verified by solar panel's deployment test.
The component mode synthesis method allows the elastic deformation of each component in the flexible multibody system by a sum of modes and modal coordinates. This paper focuses on the selection of boundary conditions and deformation modes for redundantly constrained flexible components in mechanical system dynamics. The result of a flexible body dynamic analysis with only normal modes is used to identify proper boundary conditions of a static modes and a desired set of static modes which will be used in the final model. A simple four bar mechanism is used to explain the procedure and a space satellite with solar panels is analyzed using the proposed method.
In the present study, we propose a virtual boundary method for simulation of massive inextensible flexible strings immersed in viscous fluid flow. The fluid motion is governed by the Navier-Stokes equations and a momentum forcing is added in order to bring the fluid to move at the same velocity with the immersed surface. A massive inextensible flexible string model is described by another set of equations with an additional momentum forcing which is a result of the fluid viscosity and the pressure difference across the string. The momentum forcing is calculated by a feedback loop. Simulations of several numerical examples are carried out, inlcuding a hanging string which starts moving under gravity without ambient fluid, a string swimming within a uniform flow and a uniform flow over two side-by side strings. The numerical results agree well with the theoretical analysis and previous experimental observations. Preliminary results of a swimming elongated fishlike body will also be presented.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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