Numerical stud of an oscillating body in incompressible fluid is performed. Stabilized finite element method comprising of Streamline-Upwind/Petrov-Galerkin (SUPG) and Pressure-Stabilizing/Petrov-Galerkin (PSPG) formulations of linear triangular elements was employed to solve 2D incompressible Navier-Stokes equations whereas the motion of the body was considered by incorporating the arbitrary Langrangian-Eulerian(ALE) formulation. An algebraic moving mesh strategy is utilized for obtaining body conforming mesh deformation at each time step. Two tests cases, namely motion of a circular cylinder and of an airfoil in incompressible flow were analyzed. The model is first validated against the stationary cases and then the capability to handle moving boundaries is demonstrated.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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제16권1호
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pp.1-13
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2012
In this paper we present an a posteriori error estimator for the stabilized P1 nonconforming finite element method of the linear elasticity problem based on a nonsymmetric H(div)-conforming approximation of the stress tensor in the first-order Raviart-Thomas space. By combining the equilibrated residual method and the hypercircle method, it is shown that the error estimator gives a fully computable upper bound on the actual error. Numerical results are provided to confirm the theory and illustrate the effectiveness of our error estimator.
This paper is a continuation of the recent development on Hermite-based divergence free element method and deals with a non-isothermal fluid flow thru the buoyancy driven flow in a square enclosure with temperature difference across the two sides. The basis functions for the velocity field consist of the Hermite function and its curl while the basis functions for the temperature field consists of the Hermite function and its gradients. Hence, the number of degrees of freedom at a node becomes 6, which are the stream function, two velocities, the temperature and its x and y derivatives. This paper presents numerical results for Ra = 105, and compares with those from a stabilized finite element method developed by Illinca et al. (2000). The comparison has been done on 32 by 32 uniform elements and the degree of approximation of elements used for the stabilized finite element are linear (Deg. 1) and quadratic (Deg. 2). The numerical results from both methods show well agreements with those of De vahl Davi (1983).
In the analysis of metal forming processes by the finite element method, there are many numerical instabilities such as element locking, hourglass mode, shear locking. These instabilities may have a bad effect upon accuracy and convergence. The present work is concerned with improvement of stability and efficiency in two dimensional rigid-plastic finite element method using various type of elements and numerical integration schemes. AS metal forming examples, upsetting and backward extrusion are taken for comparison among the methods : various element types and numerical integration schemes. comparison is made in terms of stability and efficiency. As a result, it has been shown that the finite element computation is stabilized from the viewpoint of computational time, convergency, and numerical instability.
In applying the spectral stochastic finite element methods to the frequency response analysis, the conventional methods are known to give unstable and inaccurate results near the natural frequencies. To address this issue, a new sensitivity based stabilized formulation for stochastic frequency response analysis is proposed in this paper. The main difference over the conventional spectral methods is that the polynomials of random variables are applied to both numerator and denominator in approximating the harmonic response solution. In order to reflect the resonance behavior of the structure, the denominator polynomials is constructed by utilizing the natural frequency sensitivity and the random mode superposition. The numerator is approximated by applying a polynomial chaos expansion, and its coefficients are obtained through the Galerkin or the spectral projection method. Through various numerical studies, it is seen that the proposed method improves accuracy, especially in the vicinities of structural natural frequencies compared to conventional spectral methods.
Micro molding technology is a promising mass production technology for polymer based microstructures. Mass production technologies such as the micro injection/compression molding, hot embossing, and micro reaction molding are already in use. In the present study, we have developed a numerical analysis system to simulate three-dimensional non-isothermal cavity filling for hot embossing, with a special emphasis on the free surface capturing. Precise free surface capturing has been successfully accomplished with the level set method, which is solved by means of the Runge-Kutta discontinuous Galerkin (RKDG) method. The RKDG method turns out to be excellent from the viewpoint of both numerical stability and accuracy of volume conservation. The Stokes equations are solved by the stabilized finite element method using the equal order tri-linear interpolation function. To prevent possible numerical oscillation in temperature Held we employ the streamline upwind Petrov-Galerkin (SUPG) method. With the developed code we investigated the detailed change of free surface shape in time during the mold filling. In the filling simulation of a simple rectangular cavity with repeating protruded parts, we find out that filling patterns are significantly influenced by the geometric characteristics such as the thickness of base plate and the aspect ratio and pitch of repeating microstructures. The numerical analysis system enables us to understand the basic flow and material deformation taking place during the cavity filling stage in microstructure fabrications.
본 연구에서는 Liu의 매트릭스를 강소성 유한요소법에 도입하여 통상의 소성가공 공정중에 있는 피가공물의 3차원 변형을 실용적인 수준에서 해석 가능케 하는 강소성 유한요소법을 도입하여 통상의 소성가공 공정중에 있는 피가공물의 3차원 변형을 실용적인 수준에서 해석 가능케 하는 강소성 유한요소법을 제안하고 실례를 통하여 제안한수법에 의하여 얻어진 해의 안정성과 계산효율을 검토한다.
In this paper, a stabilized-penalized collocated finite volume (SPCFV) scheme is developed and studied for the stationary generalized Navier-Stokes equations with mixed Dirichlet-traction boundary conditions modelling an incompressible biological fluid flow. This method is based on the lowest order approximation (piecewise constants) for both velocity and pressure unknowns. The stabilization-penalization is performed by adding discrete pressure terms to the approximate formulation. These simultaneously involve discrete jump pressures through the interior volume-boundaries and discrete pressures of volumes on the domain boundary. Stability, existence and uniqueness of discrete solutions are established. Moreover, a convergence analysis of the nonlinear solver is also provided. Numerical results from model tests are performed to demonstrate the stability, optimal convergence in the usual L2 and discrete H1 norms as well as robustness of the proposed scheme with respect to the choice of the given traction vector.
This paper describes a recent development on the divergence free basis function based on a hermite stream function. The well-known cavity problem has been used to compare the accuracy and the convergence of the present method with those of a modified residual method known as one of the stabilized finite element methods. The comparison showed the present method performs better in the accuracy and convergence.
Substructuring methods are usually used in finite element structural analyses. In this study a multi-level substructuring algorithm is developed and proposed as a possible candidate for incompressible fluid solves. Finite element formulation for incompressible flow has been stabilized by a modified residual procedure proposed by Ilinca et.al.[5]. The present algorithm consists of four stages such as a gathering stage, a condensing stage, a solving stage and a scattering stage. At each level, a predetermined number of elements are gathered and condensed to form an element of higher level. At highest level, each subdomain consists of only one super-element. Thus, the inversion process of a stiffness matrix associated with internal degrees of freedom of each subdomain has been replaced by a sequential static condensation. The global algebraic system arising feom the assembly of each subdomains is solved using Conjugate Gradient Squared(CGS) method. In this case, pre-conditioning techniques usually accompanied by iterative solvers are not needed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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