This paper presents a virtual boundary element-equivalent collocation method (VBEM) for the plane magnetoelectroelastic solids, which is based on the fundamental solutions of the plane magnetoelectroelastic solids and the basic idea of the virtual boundary element method for elasticity. Besides all the advantages of the conventional boundary element method (BEM) over domain discretization methods, this method avoids the computation of singular integral on the boundary by introducing the virtual boundary. In the end, several numerical examples are performed to demonstrate the performance of this method, and the results show that they agree well with the exact solutions. So the method is one of the efficient numerical methods used to analyze megnatoelectroelastic solids.
Pan-dong Lin;Jun-feng Nie;Yu-peng Lu;Gui-yong Xiao;Guo-chao Gu;Wen-dong Cui;Lei He
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.6
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pp.2282-2291
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2024
In this work we study the effects of different factors of dislocation loop on its obstacle strength when interacting with an edge dislocation. At first, the interaction model for dislocation and dislocation loop is established and the full and partial absorption mechanism is obtained. Then, the effect of temperature, size and burgers vector of dislocation loop are investigated. The relation between the obstacle strength and irradiation dose has been established, which bridges the irradiation source and microscale properties. Except that, the obstacle strength of C, Cr, Ni, Mn, Mo and P decorated dislocation loop is studied. Results show that the obstacle strength for dislocation loop decorated by alloy element decreases in the sequence of Cr, Ni, Mn, C, P and Mo, which could be used to help parameterize and validate crystal plasticity finite element model and therein integrated constitutive laws to enable accounting for irradiation-induced chemical segregation effects.
The analysis of the progressive collapse resistance of structures is a well-known issue among structural engineers. Large-span reticulated dome structures are commonly utilized in large public buildings, necessitating research into their progressive collapse resistance to assure user safety. The most significant part of improving the structural resilience of reticulated domes is to evaluate their key elements. Based on a stiffness-based evaluation approach, this work offers a calculating procedure for element importance coefficient. For both original and damaged structures, evaluations are carried out using the global stiffness matrix and the determinant. The Kiewitt, Schwedler, and Sunflower reticulated domes are investigated to explore the distribution characteristic of element importance coefficients in the single-layer dome structures. Moreover, the influences of the load levels, load distributions, geometric parameters and topological features are also discussed. The results can be regarded as the initial concept design reference for single-layer reticulated domes.
Thermal cracks are cracks that commonly form at early ages in mass concrete. During the concrete pouring process, the elastic modulus changes continuously. This requires the time domain to be divided into several steps in order to solve for the temperature, stress, and displacement of the concrete. Numerical simulations of thermal crack propagation in concrete are more difficult at early ages. To solve this problem, this study divides crack propagation in concrete at early ages into two cases: the case in which cracks do not propagate but the elastic modulus of the concrete changes and the case in which cracks propagate at a certain time. This paper provides computational models for these two cases by integrating the characteristics of the extended finite element algorithm, compiles the corresponding computational programs, and verifies the accuracy of the proposed model using numerical comparisons. The model presented in this paper has the advantages of high computational accuracy and stable results in resolving thermal cracking and its propagation in concrete at early ages.
Shape control of flexible structures using piezoelectric materials has attracted much attention due to its wide applications in controllable systems such as space and aeronautical engineering. The major work in the field is to find a best control voltage or an optimal placement of the piezoelectric actuators in order to actuate the structure shape as close as possible to the desired one. The current research focus on the investigation of static shape control of intelligent shells using spatially distributed piezoelectric curve beam actuators. The finite element formulation of the piezoelectric model is briefly described. The piezoelectric curve beam element is then integrated into a collocated host shell element by using nodal displacement constraint equations. The linear least square method (LLSM) is employed to get the optimum voltage distributions in the control system so that the desired structure shape can be well matched. Furthermore, to find the optimal placement of the piezoelectric curve beam actuators, a genetic algorithm (GA) is introduced in the computation model as well as the consideration of the different objective functions. Numerical results are given to demonstrate the validity of the theoretical model and numerical algorithm developed.
This paper considers the smooth receding contact problem between a homogeneous half-plane and a composite laminate composed of an inhomogeneously coated elastic layer. The inhomogeneity of the elastic modulus of the coating is approximated by an exponential function along the thickness dimension. The three-component structure is pressed together by either a concentrated force or uniform pressures applied at the top surface of the composite laminate. Both semianalytical and finite element analysis are performed to solve for the extent of contact and the contact pressure. In the semianalytical formulation, Fourier integral transformation of governing equations and boundary conditions leads to a singular integral equation of Cauchy-type, which can be numerically integrated by Gauss-Chebyshev quadrature to a desired degree of accuracy. In the finite element modeling, the functionally graded coating is divided into homogeneous sublayers and the shear modulus of each sublayer is assigned at its lower boundary following the predefined exponential variation. In postprocessing, the stresses of any node belonging to sublayer interfaces are averaged over its surrounding elements. The results obtained from the semianalytical analysis are successfully validated against literature results and those of the finite element modeling. Extensive parametric studies suggest the practicability of optimizing the receding contact peak stress and the extent of contact in multilayered structures by the introduction of functionally graded coatings.
Li Zhou;Kai Su;Ding-wei Liu;Yin-quan Li;Hong-ze Zhu
Structural Engineering and Mechanics
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v.86
no.1
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pp.139-156
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2023
The reinforced concrete lining in the hydraulic pressure tunnel tends to crack during the water-filling process. The lining will be detached from the surrounding rock due to the inner water exosmosis along concrete cracks. From the previous research achievements, the cohesive element is widely adopted to simulate the concrete crack but rarely adopted to simulate the lining-rock interface. In this study, the zero-thickness cohesive element with hydro-mechanical coupling property is not only employed to simulate the traditional concrete crack, but also innovatively introduced to simulate the lining-rock interface. Combined with the indirect-coupled method, the hydro-mechanical coupling algorithm of the reinforced concrete lining in hydraulic pressure tunnels is proposed and implemented in the finite element code ABAQUS. The calculated results reveal the cracking mechanism of the reinforced concrete lining, and match well with the observed engineering phenomenon.
In this paper asymptotic error expansions for mixed finite element approximations to a class of second order elliptic optimal control problems are derived under rectangular meshes, and the Richardson extrapolation of two different schemes and interpolation defect correction can be applied to increase the accuracy of the approximations. As a by-product, we illustrate that all the approximations of higher accuracy can be used to form a class of a posteriori error estimators of the mixed finite element method for optimal control problems.
A small strain and elastoplastic formulation of Polygonal Element Method (PEM) is developed for efficient analysis of elastoplastic solids. In this work, the polygonal elements are constructed based on traditional triangular finite meshes. The construction method of polygonal mesh can directly utilize the sophisticated triangularization algorithm and reduce the difficulty in generating polygonal elements. The Wachspress rational finite element basis function is used to construct the approximations of polygonal elements. The incremental variational form and a von Mises type model are used for non-linear elastoplastic analysis. Several small strain elastoplastic numerical examples are presented to verify the advantages and the accuracy of the numerical formulation.
The rotating Rayleigh-Timoshenko beam element based on B-spline wavelet on the interval (BSWI) is constructed to discrete short shaft and stiffness disc. The crack is represented by non-dimensional linear spring using linear fracture mechanics theory. The wavelet-based finite element model of rotor system is constructed to solve the first three natural frequencies functions of normalized crack location and depth. The normalized crack location, normalized crack depth and the first three natural frequencies are then employed as the training samples to achieve the neural networks for crack diagnosis. Measured natural frequencies are served as inputs of the trained neural networks and the normalized crack location and depth can be identified. The experimental results of fatigue crack in short shaft is also given.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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