The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers B
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v.52
no.7
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pp.307-314
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2003
This paper presents a 3D shape optimization algorithm for electromagnetic devices using the design sensitivity analysis with finite element method. The structural deformation analysis based on the deformation theory of the elastic body under stress is used for mesh renewing. The design sensitivity and adjoint variable formulae are derived for the 3D finite element method with edge element. The results of sensitivity analysis are used as the input data of the structural analysis to calculate the relocation of the nodal points. This method makes it possible that the new mesh of analysis region can be obtained from the initial mesh without regeneration. The proposed algorithm is applied to the shape optimization of 3D electromagnet pole to net a uniform flux density at the target region.
Nam Jin Won;Song Ha Won;Byun Keun Joo;Bang Choon Suk
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2004.05a
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pp.462-465
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2004
Since quasi-brittle materials like concrete show strain localization behavior accompanied by strain softening, a numerical drawback such as mesh sensitivity is appeared in the finite element analysis. In this paper, the so-called homogenized crack model which was introduced for three dimensional finite element analysis of fracture in concrete is studied for the mesh size dependence problem in fracture analysis. A homogenized crack element having a velocity discontinuity. is averaged to remove the mesh sensitivity in finite element analysis of concrete fracture. Numerical examples show that softening behavior of concrete fracture is successfully predicted without mesh sensitivity using the homogenized crack model.
KIEE International Transaction on Electrical Machinery and Energy Conversion Systems
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v.3B
no.1
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pp.23-31
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2003
A novel 3D shape optimization algorithm is presented for electromagnetic devices carry-ing eddy current. The algorithm integrates the 3D finite element performance analysis and the steepest descent method with design sensitivity and mesh relocation method. For the design sensitivity formula, the adjoint variable vector is defined in complex form based on the 3D finite element method for eddy current problems. A new 3D mesh relocation method is also proposed using the deformation theory of the elastic body under stress to renew the mesh as the shape changes. The design sensitivity f3r the sur-face nodal points is also systematically converted into that for the design variables for the parameterized optimization application. The proposed algorithm is applied to the optimum design of the tank shield model of the transformer and the effectiveness is proved.
Most studies of failure analysis in ductile metals have been based on the classical plasticity theory using the local constitutive relations. These frequently yields a physically unrealistic solution, in which a numerical prediction of the onset of a deformation localization shows an inherent mesh-size sensitivity. A one way to remedy the spurious mesh sensitivity resulted in the unreasonable results is to incorporate the non-local plasticity into the simulation model, which introduce an internal (material) length-scale parameter into the classical constitutive relations. In this paper, a non-local version of the modified Gurson constitutive relation has been introduced into the finite element formulation of the simulation for plane strain compression of the visco elastic-plastic void material. By introducing the non-local constitutive relations we could successfully removed the inherent mesh-size sensitivity for the prediction of the deformation localization. The effects of non-local constitutive relation are discussed in terms of the load-stroke curve and the strain distributions accross the shear band.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2013.08a
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pp.104.2-104.2
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2013
A residual gas analyzer (RGA) system has been developed in this laboratory. Characteristics of the RGA system parts such as ion source, quadrupole mass filter and sensitivity are introduced. Some efforts have been made to improve performance of the two types of ion sources, open ion source (OIS) and closed ion source (CIS). A metal mesh was placed onto the electron beam entrance of the CIS anode tube to block the filament field penetration. Sensitivity of the CIS ion sources with and without the mesh was compared by mass spectra of SF6 gas (97% He base) introduced into the CIS anode through a needle valve. About ten-times improvement in the RGA sensitivity was observed for the CIS with the mesh in the electron entrance. Computer simulation showed an axi-symmetric anode potential distribution and improved focusing of the electron beam inside the anode tube with the mesh.
Mesh and turbulence model sensitivity analyses have been performed on computational fluid dynamics simulations executed with Hydra and ANSYS Fluent for a single CANadian Deuterium Uranium (CANDU) 37M nuclear fuel bundle placed within a standard pressure tube. The goal of this work was to perform a methodical analysis to objectively determine an appropriate mesh and to gauge the sensitivity of different turbulence models for CANDU subchannel flow under isothermal conditions. The boundary conditions and material properties are representative of normal operating conditions in a high-powered channel of the Darlington Nuclear Generating Station. Four meshes were generated with ANSYS Workbench Meshing, ranging from 22 to 84 million cells, and analyzed here to determine an appropriate level of mesh resolution and quality. Five turbulence models were compared in the turbulence model sensitivity analysis: standard k - ε, RNG k - ε, realizable k - ε, SST k - ω, and the Reynolds Stress Model. The intent of this work was to gain confidence in mesh generation and turbulence model selection of a single bundle to inform the decision making of subsequent investigations of an entire fuel channel containing a string of twelve bundles.
The finite element method is wide used in simulation in the biomechanical structures, but a lack of studies concerning finite element mesh quality in biomechanics is a reality. The present study intends to analyze the importance of the mesh quality in the finite element model results from humeral structure. A sensitivity analysis of finite element models (FEM) is presented for the humeral bone and cartilage structures. The geometry of bone and cartilage was acquired from CT scan and geometry reconstructed. The study includes 54 models from same bone geometry, with different mesh densities, constructed with tetrahedral linear elements. A finite element simulation representing the glenohumeral-joint reaction force applied on the humerus during $90^{\circ}$ abduction, with external load as the critical condition. Results from the finite element models suggest a mesh with 1.5 mm, 0.8 mm and 0.6 mm as suitable mesh sizes for cortical bone, trabecular bone and humeral cartilage, respectively. Relatively to the higher minimum principal strains are located at the proximal humerus diaphysis, and its highest value is found at the trabecular bone neck. The present study indicates the minimum mesh size in the finite element analyses in humeral structure. The cortical and trabecular bone, as well as cartilage, may not be correctly represented by meshes of the same size. The strain results presented the critical regions during the $90^{\circ}$ abduction.
In this study, a series of numerical simulation of dam break flow was conducted using EFDC model, and input conditions including cell size, time step, and turbulent eddy viscosity were considered to analyze parameter sensitivity. In case of coarse mesh layout, the propagated length of the shock wave front was ${\Delta}_x$ longer than that of other mesh layouts, and the velocity results showed jagged edge, which can be cured by applying fine grid mesh. Turbulent eddy viscosity influenced magnitude of the maximum velocity passing through gate up to 20% and the cell Peclet number less than 2.0 ensured no numerical oscillations.
The classical 8-node isoparametric serendipity element uses parametric shape functions for both test and trial functions. Although this element performs well in general, it yields poor results under severe mesh distortions. The distortion sensitivity is caused by the lack of continuity and/or completeness of shape functions used for test and trial functions. A recent element using parametric and metric shape functions for constructing the test and trial functions exhibits distortion immunity. This paper discusses the choice of parametric or metric shape functions as the basis for test and/or trial functions, satisfaction of continuity and completeness requirements, and their connection to distortion sensitivity. Also, the performances of four types of elements, viz., parametric, metric, parametric-metric, and metric-parametric, are compared for distorted meshes, and their merits and demerits are discussed.
A 3D shape optimization algorithm integrates the geometric parameterizationi 3D F.E. performance analysis, steepest descent method with design sensitivity and mesh relocation method. The design sensitivity of the surface nodal points is also systematically converted into that of the design variables for the application to parameterized optimization. The proposed algorithm is applied to the optimum design of tank shield model of transformer and the effectiveness is proved.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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