A modeling method is described to provide a smaller structural dynamic model which can be used to compare finite element model of a structure with its experimental counterpart. A structural dynamic model is assumed to be represented by dynamic stiffness matrix. To validate a finite element model, it is often necessary to condense a large degrees of freedom (dofs) to a relatively small number of dofs. For these purpose, static reduction techniques are widely used. However, errors in these techniques are caused by neglecting frequency dependent terms in the functions relating slave dofs and master dofs. An alternative method is proposed in this paper in which the frequency dependent terms are considered by expressing the reduced dynamic stiffness matrix with orthogonal polynomials. The reduced model has finally a minimum set of dofs, such as sensors and excitation points and it is under the same condition as the physical system. It is proposed that the reduced model can be derived from finite element model. The procedure is applied to example structure and the results are discussed.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.22
no.1
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pp.117-124
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2009
The p-convergent boundary element method has been proposed to analyze two-dimensional potential problem on the basis of high order Legendre shape functions that have different property comparing with the shape functions in conventional boundary element method. The location of nodes corresponding to high order shape function are not defined along the boundary, called by nodeless node, similar to the p-convergent finite element method. As the order of shape function increases, the collocation point method is used to solve linear simultaneous equations. The collocation patterns of p-convergent boundary element method consist of non-symmetric hierarchial or symmetric non-hierarchical. As the order of shape function increases, the number of collocation point increases. The singular integral that appears in p-convergent boundary element has been calculated by special numeric quadrature technique and semi-analytical integration technique. The L-shape domain problem including singularity in the vicinity of reentrant comer is analyzed and the numerical results show that the relative error is smaller than $10^{-2}%$ range as compared with other results in literatures. In case of same condition, the symmetric p-collocation point pattern shows high accuracy of solution.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.7
no.1
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pp.75-82
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1987
It is the objective of this study to estimate J-integral by numerical analysis, in which J-integral as aparameters in fracture mechanics can be used to evaluate unstable ductile fracture which is a important problem with respect to structural stability when the scope is beyond small scale yielding criteria. For this, 8-node isoparametric singular element as crack tip element of a cracked material was used to solve plastic blunting phenomenon at crack tip, and crack opening was forced to start when J-value was exceeding fracture toughness $J_{IC}$ of the material. And crack propagation behaviour was treated by using crack opening angle. From this study, it was shown that crack opening, stable propagation and unstable opening point of the cracked material found by using J-value obtained from this study were accord with the other study, so think, J-value obtained from this study can be directly used as a parameter in fracture mechanics to deal with the problem of stable propagation of crack and unstable ductile fracture.
A new numerical algorithm of finite element methods is presented to solve high Deborah number flow problems with geometric singularities. The steady inertialess planar 4 : 1 contraction flow is chosen for its test. As a viscoelastic constitutive equation, we have applied the globally stable (dissipative and Hadamard stable) Leonov model that can also properly accommodate important nonlinear viscoelastic phenomena. The streamline upwinding method with discrete elastic-viscous stress splitting is incorporated. New interpolation functions classified as rational interpolation, an alternative formalism to enhance numerical convergence at high Deborah number, are implemented not for the whole set of finite elements but for a few elements attached to the entrance comer, where stress singularity seems to exist. The rational interpolation scheme contains one arbitrary parameter b that controls the singular behavior of the rational functions, and its value is specified to yield the best stabilization effect. The new interpolation method raises the limit of Deborah number by 2∼5 times. Therefore on average, we can obtain convergent solution up to the Deborah number of 200 for which the comer vortex size reaches 1.6 times of the half width of the upstream reservoir. Examining spatial violation of the positive definiteness of the elastic strain tensor, we conjecture that the stabilization effect results from the peculiar behavior of rational functions identified as steep gradient on one domain boundary and linear slope on the other. Whereas the rational interpolation of both elastic strain and velocity distorts solutions significantly, it is shown that the variation of solutions incurred by rational interpolation only of the elastic strain is almost negligible. It is also verified that the rational interpolation deteriorates speed of convergence with respect to mesh refinement.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.3
s.174
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pp.701-709
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2000
As the welding spot forms a singular geometry of an external crack type, fatigue failure of spot-welded specimens can be evaluated by means of a fracture parameter. Recasting the load vs. fatigue life relationships experimentally obtained, we predicted the fatigue life of spot-weld specimens with a single parameter denoted the equivalent stress intensity factor. This crack driving parameter is demonstrated to successfully describe the effects of specimen geometry and loading type in a comprehensive manner. The suggested fatigue life formula for a single spot weld can play a key role in the design and assessment of spot-welded panel structures, in that the fatigue strength of multi-spots is eventually determined by the fatigue strength of each single spot. We therefore attempt to evaluate the effectiveness and validity of $K_e$ in predicting the fatigue life of auto seat belt anchor panel. We first establish finite element models reflecting the actual mechanical behavior of 3 types of seat belt anchor specimens. Using finite element models elaborately established, we then obtain the effective crack driving parameter $K_e$ composed of its ductility -dependent modal components. It is confirmed that the $K_e$ concept successfully predicts the fatigue life of multi-spot welded panel structures represented by auto seat belt anchors here.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.15
no.4
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pp.703-713
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2002
Recently, an improved EFG(Element-Free Galerkin) crack analysis technique, which includes a discontinuous approximation and a singular basis function on the auxiliary supports, was developed. The technique is able to accurately analyze the crack propagation problem without any modification of the analysis model; however, it shows some dependency on the analysis parameters used. In this study, the effect of analysis parameters such as the size of compact support, dilation parameter, the smoothness of shape function around the crack tip, and the number of node using auxiliary supports on the accuracy of solution has been investigated. Through a patch test with a crack, relative L₂ error norm of stresses and the stress intensity factor were computed and compared for various analysis parameters and the results were presented as guidelines for adequate choice of analysis parameters.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.22
no.4
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pp.307-314
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2009
The present paper briefly describes the space frame element and the fundamental strategies in computational elastic bifurcation theory of geometrically nonlinear, single load parameter conservative elastic spatial structures. A method for large deformation(rotation) analysis of space frame is based on an eulerian formulation, which takes into consideration the effects of large joint translations and rotations with finite deformation(rotation). The local member force-deformation relationships are based on the beam-column approach, and the change in member chord lengths caused by axial strain and flexural bowing are taken into account. and the derived geometric stiffness matrix is unsymmetric because of the fact that finite rotations are not commutative under addition. To detect the singular point such as bifurcation point, an iterative pin-pointing algorithm is proposed. And the path switching mode for bifurcation path is based on the non-negative eigen-value and it's corresponding eigen-vector. Some numerical examples for bifurcation analysis are carried out for a plane frame, plane circular arch and space dome structures are described.
The general world model for homogeneous and isotropic universe has been proposed. For this purpose, we introduce a global and fiducial system of reference (world reference frame) constructed on a (4+1)-dimensional space-time, and assume that the universe is spatially a 3-dimensional hypersurface embedded in the 4-dimensional space. The simultaneity for the entire universe has been specified by the global time coordinate. We define the line element as the separation between two neighboring events on the expanding universe that are distinct in space and time, as viewed in the world reference frame. The information that determines the kinematics of the geometry of the universe such as size and expansion rate has been included in the new metric. The Einstein's field equations with the new metric imply that closed, flat, and open universes are filled with positive, zero, and negative energy, respectively. The curvature of the universe is determined by the sign of mean energy density. We have demonstrated that the flat universe is empty and stationary, equivalent to the Minkowski space-time, and that the universe with positive energy density is always spatially closed and finite. In the closed universe, the proper time of a comoving observer does not elapse uniformly as judged in the world reference frame, in which both cosmic expansion and time-varying light speeds cannot exceed the limiting speed of the special relativity. We have also reconstructed cosmic evolution histories of the closed world models that are consistent with recent astronomical observations, and derived useful formulas such as energy-momentum relation of particles, redshift, total energy in the universe, cosmic distance and time scales, and so forth. The notable feature of the spatially closed universe is that the universe started from a non-singular point in the sense that physical quantities have finite values at the initial time as judged in the world reference frame. It has also been shown that the inflation with positive acceleration at the earliest epoch is improbable.
Proceeding of Spring/Autumn Annual Conference of KHA
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2009.11a
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pp.240-244
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2009
The purpose of this study is to provide basic data needed for planning apartment community spaces in order to vitalize rental apartments. Indoors community spaces of six rental apartments in Seoul and Gyung-gi were examined. The results are as follows. First, layout types of community spaces in rental apartment complexes were researched and it was found that there are singular types and block types. Depending on the layout type, the space could function as an element to closely associate residents with each other. Second, child care spaces were planned to conveniently utilize the space with space plans, and furniture and appliance plans adjusted for children's characteristics. On the contrary, elderly spaces lacked exercise equipment and subsidiary facilities, and educational spaces caused inconvenience as they did not take into consideration the user characteristics. Third, although indoor community spaces of rental apartment complexes were planned to hold child care spaces, elderly spaces, educational spaces, and neighborhood spaces according to the legal standards of installation, the operation of these facilities were problematic.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2007.11a
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pp.1018-1021
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2007
This paper explores the use of BEM based NAH to reconstruct the surface vibration of a plate in a rectangular finite cavity, in which the distances between sensors and the nearest points on the source surface are not equal. In such circumstances, different degree of information on propagating and non-propagating wave components will be detected by sensors at different positions, as well as the influence of measurement noise will vary significantly from the nearest points of measurement to the farthest ones. On the other hand, the condition number of the vibro-acoustic transfer function matrix relating normal surface velocities and field pressures will becomes high, numerically indicating an increase of linear dependency between rows of transfer function matrix. The combination of poor measurement and high condition number will result inaccurate reconstruction. Therefore, one approach to be investigated in this work is to select the measurement positions in such ways that reduce measurement redundancy, as it indicated by the condition number. The improvement is found to be significant in the numerical simulations utilizing two different criterions, spanning from over-determined to under-determined cases, and in the validation experiment.
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