To improve the modeling accuracy for the finite element method, this paper proposes a method to make a combined use of finite elements and exact dynamic elements. Exact interpolation functions for a Timoshenko beam element are derived and compared with interpolation functions of the finite element method (FEM). The exact interpolation functions are tested with the Laplace variable varied. The exact interpolation functions are used to gain more accurate mode shape functions for the finite element method. This paper also presents a combined use of finite elements and exact dynamic elements in design problems. A Timoshenko frame with tapered sections is tested to demonstrate the design procedure with the proposed method.
A new multi-planar interpolation technique for three dimensional medical image rendering is proposed. In medical imaging. resolution in the slice direction is usually much lower than those in the transverse planes. The proposed method is based on the solution of the Laplace's equation used in the electrostatics. In this approach. two contours in the source and destination planes for a given object is assumed to have equi-potentials. Some preprocessing and post-processing including scaling. displacement. rotation from the centers of mass are involved in the algorithm. The interpolation solution assumes mostly smoothing changes in between the source and destination planes. Simultaneous multiple interpolation planes are inherently obtained in the proposed method. Some experimental and simulation results are shown.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.12
no.2
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pp.141-149
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2002
Although the finite element method has become an indispensible tool for the dynamic analysis of structures, difficulty remains to quantify the errors associated with discretization. To improve the modeling accuracy, this paper proposes a method to make a combined use of finite elements and exact dynamic elements. Exact interpolation functions for the Timoshenko beam element are derived using the exact dynamic element modeling (EDEM) and compared with interpolation functions of the finite element method (FEM). The exact interpolation functions are tested with the Laplace variable varied. A combined use of finite element method and exact interpolation functions is presented to gain more accurate mode shape functions. This paper also presents a combined use of finite elements and exact dynamic elements in design/reanalysis problems. Timoshenko flames with tapered sections are tested to demonstrate the design procedure with the proposed method. The numerical study shows that the combined use of finite element model and exact dynamic element model is very useful.
This study examines effect of various interpolations of interior control function for analytic methods such as Thomas-Middlecoff and Sorenson methods. Laplace interpolation is developed and compared among linear interpolation and exponential interpolation systematically.
This study examines effect of various interpolations of interior control function for analytic methods such as Thomas-Middlecoff and Sorenson methods. Laplace interpolation is developed and compared among linear interpolation and exponential interpolation systematically.
An improved meshfree method called the Petrov-Galerkin natural element (PG-NE) method is introduced in order to secure the numerical integration accuracy. As in the Bubnov-Galerkin natural element (BG-NE) method, we use Laplace interpolation function for the trial basis function and Delaunay triangles to define a regular integration background mesh. But, unlike the BG-NE method, the test basis function is differently chosen, based on the Petrov-Galerkin concept, such that its support coincides exactly with a regular integration region in background mesh. Illustrative numerical experiments verify that the present method successfully prevents the numerical accuracy deterioration stemming from the numerical integration error.
This paper presents an error estimation technique for 2-D crack analysis by an enriched natural element (more exactly, enriched Petrov-Galerkin NEM). A bare solution was approximated by PG-NEM using Laplace interpolation functions. Meanwhile, an accurate quasi-exact solution was obtained by a combined use of enriched PG-NEM and the global patch recovery. The Laplace interpolation functions are enriched with the near-tip singular fields, and the approximate solution obtained by enriched PG-NEM was enhanced by the global patch recovery. The quantitative error amount is measured in terms of the energy norm, and the accuracy (i.e., the effective index) of the proposed method was evaluated using the errors which obtained by FEM using a very fine mesh. The error distribution was investigated by calculating the local element-wise errors, from which it has been found that the relative high errors occurs in the vicinity of crack tip. The differences between the enriched and non-enriched PG-NEMs have been investigated from the effective index, the error distribution, and the convergence rate. From the comparison, it has been justified that the enriched PG-NEM provides much more accurate error information than the non-enriched PG-NEM.
When the numerical analysis is carried out, it is necessary to set proper elements as a feature of analysis domains for more accurate simulations. In this study, Distinct Element Method(DEM) is applied, only considering repulsive force and tensile force except for frictional force and resisting force of particle. When the filled particles with initial Quad-tree type is relocated by DEM, a blank space existing among the particles can be minimized because the shape of particle is circular. Finally, it is the effective feature that the centroidal disposion of the particles is similar to an equilateral triangle. Triangular mesh are formed by using the Delaunay triangular technique on these relocated particles, the quality of triangular mesh is more improved by carrying out Laplace interpolations. The compared result of Aspect Ratio before and after the Laplace interpolation is shown that although the quality of triangular mesh made by DEM is good, the later triangular mesh are higher quality than the formers. In this study, although the developed technique takes a longer calculational time than the previous technique to generate triangular mesh, it is considered that the applicable possibility is very high in the generation of finite element mesh about wave analysis and various numerical simulation to need a complex or reappearance of exact topography.
The mixed-mode stress intensity factors of 2-D angled cracks are evaluated by Petrov-Galerkin natural element (PG-NE) method in which Voronoi polygon-based Laplace interpolation functions and CS-FE basis functions are used for the trial and test functions respectively. The interaction integral is implemented in a frame of PG-NE method in which the weighting function defined over a crack-tip integral domain is interpolated by Laplace interpolation functions. Two Cartesian coordinate systems are employed and the displacement, strains and stresses which are solved in the grid-oriented coordinate system are transformed to the other coordinate system aligned to the angled crack. The present method is validated through the numerical experiments with the angled edge and center cracks, and the numerical accuracy is examined with respect to the grid density, crack length and angle. Also, the stress intensity factors obtained by the present method are compared with other numerical methods and the exact solution. It is observed from the numerical results that the present method successfully and accurately evaluates the mixed-mode stress intensity factors of 2-D angled cracks for various crack lengths and crack angles.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.13
no.1
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pp.37-49
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2000
This paper is for the first essential study on the development of unified finite element formulations for solving problems related to the dynamics/thermoelastics behavior of solids. In the first part of formulations, the finite element method is based on the introduction of a new quantity defined as heat displacement, which allows the heat conduction equations to be written in a form equivalent to the equation of motion, and the equations of coupled thermoelasticity to be written in a unified form. The equations obtained are used to express a variational formulation which, together with the concept of generalized coordinates, yields a set of differential equations with the time as an independent variable. Using the Laplace transform, the resulting finite element equations are described in the transform domain. In the second, the Laplace transform is applied to both the equation of heat conduction derived in the first part and the equations of motions and their corresponding boundary conditions, which is referred to the transformed equation. Selections of interpolation functions dependent on only the space variable and an application of the weighted residual method to the coupled equation result in the necessary finite element matrices in the transformed domain. Finally, to prove the validity of two approaches, a comparison with one finite element equation and the other is made term by term.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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