Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.8
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pp.1799-1809
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1995
The applicability of the field-consistency paradigm, which was originally employed for analysis of locking due to constrained energy having the second power of a strain, is extended to the constrained energy having a quadratic form of strain. For the extension, nearly-incompressible plane strain problem is considered by introducing the concept of reduced minimization. The field-consistent analysis of the plane strain problem leads to a clear and systematic understanding on the relation amongst constraints imposed on element, spurious constraint -free optimal points, and integration order used.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.15
no.2
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pp.445-454
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1991
In this thesis, Mindlin plate element with nine nodes and three degrees-of-freedom at each node is formulated and is employed in eigen-analysis of a rectangular plates in order to alleviate locking phenomenon of eigenvalues. Eigenvalues and their modes may be locked if conventional $C_{0}$-isoparametric element is used. In order to reduce stiffness locking phenomenon, two methods (1, the general reduced and selective integration, 2, the new element that use of modified shape function) are studied. Additionally in order to reduce the error due to mass matrix, two mass matrixes (1, Gauss-Legendre mass matrix, 2, Gauss-Lobatto mass matrix) are considered. The results of eigen-analysis for two models (the square plate with all edges simply-supported and all edges built-in), computed by two methods for stiffness matrix and by two mass matrixes are compared with theoretical solutions and conventional numerical solutions. These comparisons show that the performance of the two methods with Gauss-Lobatto mass matrix is better than that of the conventional plate element. But, by considering the spurious rigid body motions, the element which employs modified shape function with full integration and Gauss-Lobatto mass matrix can elevate the accuracy and convergence of numerical solutions.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.4
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pp.582-591
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2001
It is known that the reduced integration, modified shape function, anisoparametric and non-conforming element can reduce the error induced by stiffness locking phenomenon in the finite element analysis. In this study, we propose new anisoparametric curved beam element. The new element based on reduced minimization theory is composed of different shape functions in each displacement field. By the substitution of this modified shape function, the unmatched coefficient that cause stiffness locking in the constraint energy is eliminated. To confirm the availability of this new model, we performed numerical tests for a simple model. As a result of numerical test, the undulate stress patterns are disappeared in static analysis, and displacements and stresses are close to exact solution. Not only in the static analysis but also in the eigen analysis of free vibrated curved beam model, this element shows successful convergent results.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.7
s.94
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pp.1719-1730
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1993
This paper presents the theoretical natural frequencies of out-of-plane deformable ring based on the variables such as out-of-plane deflection, torsional rotation and shear rotation. Based on the same variables, a finite element eigen analysis is carried out by using the $C^0$-continuous, isoparametric element which has three nodes per element and three degrees-of-freedom at each node. Numerical experiments are peformed to find the integration scheme which produces accurate natural frequencies, natural modes and correct rigid body motion. The uniformly reduced integration and the selective reduced integration give more accurate numerical frequencies than the uniformly full integration, but the uniformly reduced integration produces incorrect rigid body motion while selective reduced integration does correct one. Therefore, the ring element based on the three variables which employes selective reduced integration is recommended to avoid spurious modes, to alleviate the error due to shear locking and to produce correct rigid body motion, simultaneously.
Kim, Moon-Joon;Min, Oak-Key;Kim, Yong-Woo;Moon, Won-Joo
Journal of Mechanical Science and Technology
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v.14
no.3
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pp.272-282
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2000
Based on numerical reduced minimization theory, new anisoparametric 3-node elements for out-of-plane curved beam are developed. The elements are designed to be free from spurious constraints. In this paper, the effect of the Jacobian upon numerical solution is analyzed and predicted through reduced minimization analysis of anisoparametric 3-node elements with different Jacobian assumption. The prediction is verified by numerical tests for circular and spiral out-of-plane deformable curved beam models. This paper proposes two kinds of 3-node elements with 7-DOF; one element employs 2-point integration for all strains, and the other element uses 3-point integration with a constant Jacobian within element for calculation of shear strain.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.22
no.3
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pp.519-528
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1998
A numerical method is presented for the dynamic analysis of cam and follower. Contact and separation between the cam and the follower are analyzed by imposing dynamic contact condition. The correct solution is obtained without spurious oscillation by imposing the velocity and acceleration constraints as well as the displacement constraint on the possible contact point. The constraints are satisfied by iteratively reducing the constraint errors toward zero, and a simple time integration of ordinary differential equation is employed for the solution of the equation of motion. The solution procedure associated with the iterative scheme is presented, and numerical simulations are conducted to demonstrate the accuracy of the solution.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.12
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pp.3003-3009
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2000
In this paper, we propose a new efficient hybrid-mixed C(sup)0 curved beam element with the optimal interpolation functions determined from numerical tests, which gives very accurate locking-free two-node curved beam element. In the element level, the stress parameters are eliminated from the stationary condition and the nodeless degrees of freedom are also removed by static condensation so that a standard six-by-six stiffness matrix is finally obtained. The numeri cal benchmark problems show that the element with cubic displacement functions and quadratic stress functions is the most efficient.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.24
no.1
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pp.45-53
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2014
For the time integration solution of the impulsive dynamic contact problem of high-speed rotating disks formulated by the finite element technique, the velocity and acceleration contact constraints as well as the displacement contact constraint are imposed for the numerical stability without spurious oscillations. The solution of the present technique is checked by the numerical simulation using the concentric high-speed rotating disks with the clearance and impulsive loading. It is shown that the almost steady state solution agrees with the corresponding analytical solution of the elasticity and that the differentiated constraints are crucial for the numerical stability of such high-speed contact problems of the disks under impulsive loading.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.20
no.12
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pp.3792-3803
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1996
Since the skew beam element has two curvatures which are a curvature and a torsion, spatial behavior of curved beam which cannot be included in one plane can be anlayzed by emploting the skew beam element. The $C^{0}$-continuous skew beam element shows the stiffness locking phenomenon when full integration is employed. The locking phenomenpn is characterized by two typical phenomena ; one is the much smaller displacement thant the exact one and theother is the undelation phenomenon is stress distribution. In this paper, we examine how unmatched coefficient in the constrained energy brings about the locking by Reduced Minimization theory. We perform the numerical ones. These comparisons show that uniformly full integration(UFI), which employs full integration for the constrained energy, entails the locking phenomenon. But the use of uniformly reduced integration(URI) of selectively reduced integration(SRI), which employs reduced integration for constrained energy, does not produce the significant errors of displacements of the undulation phenomenon in stress distribution since they do not entails the locking, Additionally, the error due to the approximated parameters for describing the geometry of skew beam is examined.d.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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