Various transition elements are used in general for the effective finite element analysis of complicated mechanical structures. In this paper, a solid-to-beam transition finite element, which can b e used for connecting a C1-continuity beam element to a continuum solid element, is proposed. The shape functions of the transition finite element are derived to meet the compatibility condition, and a transition element equation is formulated by the conventional finite element procedure. In order to show the effectiveness and convergence characteristics of the proposed transition element, numerical tests are performed for various examples. As a result of this study, following conclusions are obtained. (1) The proposed transition element, which meets the compatibility of the primary variables, exhibits excellent accuracy. (2) In case of using the proposed transition element, the number of nodes in the finite element model may be considerably reduced and the model construction becomes more convenient. (3) This formulation method can be applied to the usage of higher order elements.
In this paper, a novel numerical solution technique, the differential cubature method is employed to study the buckling problems of thick plates with arbitrary quadrilateral planforms and non-uniform boundary constraints based on the first order shear deformation theory. By using this method, the governing differential equations at each discrete point are transformed into sets of linear homogeneous algebraic equations. Boundary conditions are implemented through discrete grid points by constraining displacements, bending moments and rotations of the plate. Detailed formulation and implementation of this method are presented. The buckling parameters are calculated through solving a standard eigenvalue problem by subspace iterative method. Convergence and comparison studies are carried out to verify the reliability and accuracy of the numerical solutions. The applicability, efficiency, and simplicity of the present method are demonstrated through solving several sample plate buckling problems with various mixed boundary constraints. It is shown that the differential cubature method yields comparable numerical solutions with 2.77-times less degrees of freedom than the differential quadrature element method and 2-times less degrees of freedom than the energy method. Due to the lack of published solutions for buckling of thick rectangular plates with mixed edge conditions, the present solutions may serve as benchmark values for further studies in the future.
Korean Journal of Computational Design and Engineering
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v.1
no.1
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pp.56-64
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1996
A quadrilateral-triangular mixed grid method for the solution of incompressible viscous flow is presented. The solution domain near the body surface is meshed using elliptic grid geneator to acculately simulate the viscous flow. On the other hand, we used unstructured triangular grid system generated by advancing front technique of a simple automatic grid generation algorithm in the rest of the computational domain. The present method thus is capable of not only handling complex geometries but providing accurate solutions near body surface. The numerical technique adopted here is PISO type finite element method which was developed by the present author. Investigations have been made of two-dimensional unsteady flow of Re=550 past a circular cylinder. In the case of use of the unstructured grid only, there exists a considerable amount of difference with the existing results in drag coefficient and vorticity at the cylinder surface; this may be because of the lack of the grid clustering to the surface that is a inevitable requirement to resolve the viscous flow. However, numerical results on the mixed grid show good agreements with the earlier computations and experimental data.
In this paper, solute transport in heterogeneous aquifers using a modified Fokker-Planck equation (MFPE) is investigated. This newly developed mathematical model is characterised with a time-, scale-dependent dispersivity. A two-dimensional finite volume quadrilateral mesh method (FVQMM) based on a quadrilateral background interpolation mesh is developed for analysing the model. The FVQMM transforms the coupled non-linear partial differential equations into a system of differential equations, which is solved using backward differentiation formulae of order one through five in order to advance the solution in time. Three examples are presented to demonstrate the model verification and utility. Henry's classic benchmark problem is used to show that the MFPE captures significant features of transport phenomena in heterogeneous porous media including enhanced transport of salt in the upper layer due to its parameters that represent the dependence of transport processes on scale and time. The time and scale effects are investigated. Numerical results are compared with published results on the some problems.
The base force element method (BFEM) is a new finite element method. In this paper, a degenerated 4-mid-node plane element from concave polygonal element of BFEM was proposed. The performance of this quadrilateral element with 4 mid-edge nodes in the BFEM on complementary energy principle is studied. Four examples of linear elastic analysis for plane frame structure are presented. The influence of aspect ratio of the element is analyzed. The feasibility of the 4 mid-edge node element model of BFEM on complementary energy principles researched for plane frame problems. The results using the BFEM are compared with corresponding analytical solutions and those obtained from the standard displacement finite element method. It is revealed that the BFEM has better performance compared to the displacement model in the case of large aspect ratio.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2004.10a
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pp.886-889
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2004
A simple macro triangle with drilling d.o.f.'s is proposed for plane stress problems based on IET(Individual element test) and finite element template. Three-node triangular element has geometrical advantages in preprocessing but suffers from bad performance comparing to other shapes of elements -especially quadrilateral. Main purpose of this study is to construct a high-performance linear triangular element with limited supplementary d.o.f.'s. A triangle is divided by three sub-triangles with drilling d.o.f.'s. The sub-triangle stiffness come from IET passing force-lumping matrix, so this assures the consistency of the element. The macro element strategy takes care of the element‘s stability and accuracy like higher-order stiffness in the F.E. template. The resulting element fits on the uses of conventional three-node. Benchmark examples show proposed element in closed form stiffness from CAS (Computer algebra system) gives the improved results without more computational efforts than others.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.33
no.2
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pp.94-103
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1991
This study was carried out to investigate the engineering characteristics of the R.C circular ring sector plate with various boundary conditions and then to propose a rational and paraical method for application of finite element method to R.C structures. The stiffness matrix of the circular ring sector plate was obtained by using the multi-base coordinate system in which the base-coordinate systems were constructed for each nodal point of the quadrilateral element in order to reflect the complicated boundary conditions conveniently and correctly. The R.C element stiffness matrix was constructed by adding the stiffness coefficients of the steel-bar element into the plate bending element stiffness matrix. Herein, the steel-bar element was treated as the common beam element. Using the above method, the effects of steel-bar can be considered without increasing of the numbers of element and nodal points.
A computer code has been developed for an analysis of conduction and convection heat transfer on a personal computer. FVM based on unstructured mesh has been employed for triangular and quadrilateral element. All variable of p, u, v, T, k and ${\varepsilon}$ has been defined on a node (not on a center of element). The code possesses the pre-and post-processor for itself to provide user-friendly interface.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers B
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v.51
no.8
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pp.449-456
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2002
3D Equivalent magnetic Circuit Network Method (EMCNM) is comparatively the easy way that analyzes 3D models of Electric Machine by using permeance as a distributive magnetic circuit parameter under the existing magnetic equivalent circuit method and Numerical Method. The existing 3D EMCNM could not correctly describe the shape of an analysis target when using rectangular shape element or fan shape element, so it made errors when calculating permeance. Therefore, this paper proposes the trapezoidal element contained rectangular element, fan-shape element, and quadrilateral element to express a shape. The proposed method in this research was confirmed as a useful and an accurate method through comparing with the analysis result of SRM model that is sufficiently guaranteed by 2D-Analysis.
Korean Journal of Computational Design and Engineering
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v.10
no.1
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pp.61-69
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2005
In the global ship structure and vibration analysis, the FE(finite element) analysis model is required in the early design stage before the 3D CAD model is defined. And the analysis model generation process is a time-consuming job and takes much more time than the engineering work itself. In particular, ship structure has too many associated structural members such as stringers, stiffness and girders etc. These structural members should be satisfied as the constraints in analysis modeling. Therefore it is necessary to support generation of analysis model with satisfying these constraints as an automatic manner. For the effective support of the global ship analysis modeling, a method to generate analysis model using initial design information within ship design process, that hull form offset data and compartment data, is developed. In order to easily handle initial design information and FE model information, flexible data structure is proposed. An automatic quadrilateral mesh generation algorithm using initial design information to satisfy the constraints imposed on the ship structure is also proposed. The proposed data structure and mesh generation algorithm are applied for the various type of vessels for the usability test. Through this test, we have verified the stability and usefulness of this system including mesh generation algorithm.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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