• 제목/요약/키워드: Step-by-step Numerical Integration

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유한요소법에 의한 과도연성 열탄성 해석 (Transient coupled thermoelastic analysis by finite element method)

  • 이태원;심우진
    • 대한기계학회논문집
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    • 제14권6호
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    • pp.1408-1416
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    • 1990
  • 본 연구에서는 과도 연성 열탄성문제의 해를 구할때 사용되는 직접시간적분방 법과 Laplace 변환방법은 상호 장 단점을 가지고 있다. 각 방법들의 장단점은 서로 배타적이므로 서로의 장점을 살리는 수치방법이 필요하다. 그런데, 대부분의 과도 열탄성문제는 급격한 온도변화로 인한 물체의 변형에 관심이 있기때문에 이 형태의 문 제를 효율적으로 다루는 데 주안점을 두고 본 연구를 수행하였다. 유도된 유한요소 방정식은 결국 열탄성 지배 방정식 중 열전달방정식인 에너지보존식은 Gurtin의 범함 수로부터 유도된 원래의 형태를 사용하나 수치적 안정성(numerical stability)을 보장 하기 위하여 운동방정식은 시간에 대한 2차미분 형태로 수정하였다. 에너지보존식은 시간에 대한 합성적분(convolution)형태로 표현되므로 온도의 시간미분항이 소거되므 로 경계에서의 급격한 온도변화로 인한 수치 해석적 문제점은 간단히 해결된다. 그 러므로, 제안된 수치해법은 직접시간적분방법의 일종이나 결과식인 유한요소방정식은 기존의 문헌들과 상당한 차이가 있다. 과도 연성 열탄성해석을 위한 새로운 근사수 치해법의 장점을 이론적으로 설명하기보다 수치계산면에서의 안전성, 정확성 및 효율 성이 있음을 증명하기 위하여 이미 발표된 문헌들에서 다룬 예제를 선정하여 해석결과 를 비교하였다.

Delaunay 삼각화를 이용한 적응적 Element-free Galerkin 해석 (Adaptive Element-free Galerkin Procedures by Delaunay Triangulation)

  • 이계희;정흥진;최창근
    • 한국전산구조공학회논문집
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    • 제14권4호
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    • pp.525-535
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    • 2001
  • 본 연구에서는 무요소법의 일종인 element-free Galerkin 방법(EFGM)을 이용한 새로운 적응적 해석법을 제안하였다. 이 방법의 핵심은 Delaunay 삼각화에 기초를 둔 적분 격자를 기초로 수치적분과 적응적인 절점의 추가 및 소거를 수행하는 것이다. 이러한 적응적 해석법은 적분격자의 분할이나 이를 위한 추가적인 정보에 대한 관리가 필요 없이 간편하게 적응적 해석을 수행할 수 있다. 또한 균열의 진전과 같은 다단계 적응적 해석에 있어서도 매 해석단계별로 평가된 오차에 기초를 둔 최적 해석모델이 Delaunay 삼각화에 의해 구성되도록 하였다. 이러한 특성은 요소의 구성으로부터 자유로운 무요소법의 장점을 최대한 활용하여 해석모델의 구축을 보다 원활하게 수행할 수 있다. 적응적 해석에 기초가 되는 해석 후 오차평가는 계산된 응력과 투영응력과의 차이를 오차로 추정하는 투영응력법을 이용하였다. 균열진전을 포함하는 2차원예제의 해석을 수행한 결과 제안된 해석법의 타당성과 적용성을 입증할 수 있었다.

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철근 콘크리트 구조물의 비선형 동적 해석을 위한 성치 측정에 의한 예측 접근법 (Prediction Approach with a Stiffness Measure in Nonlinear Dynamic Analysis of Reinforced Concrete Structures)

  • 김교신;전경훈
    • 한국지진공학회논문집
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    • 제1권1호
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    • pp.1-10
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    • 1997
  • 최근의 철근 콘크리트 구조물의 내진 설계 방식은 비탄성 거대 변형에 의한 에너지 방출에 의존하고 있다. 이러한 구조물의 거동에 대한 비선형 동적 해석은 특히 계산이 여러 번 반복되어 질 때 많은 시간과 비용이 요구된다. 그러므로 효율적이고 한편 정확한 계산 방법의 채택이 중요하게 되었다. 예측 접근 방법(PASM) 이라 불리는 새로운 방법을 제시하는 것이 현 연구의 주목적이다. 일반적인 동적 해석 방법에서는 매 시간 단계 혹은 반복 계산 때마다 수식계산을 위하여 메트릭스 삼각 분해가 요구되어지나, 예측 접근방법에서는 구조물이 정적 반복하중으로 비선형 범위로 변형되어졌을 때의 강성 상태에서 미리 얻어진 한정적 수의 분해된 메트릭스를 동적 해석에서 이용하게 된다. 이곳에서 제시될 접근 방법은 강성치를 매 시각 단계 혹은 반복 계산 단계마다 재산출해야 하는 다른 접근 방법들과 비교할 때 전체적 수치 해석 양을 줄이게 될 것이다.

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Comparison of long-term behavior between prestressed concrete and corrugated steel web bridges

  • Zhan, Yulin;Liu, Fang;Ma, Zhongguo John;Zhang, Zhiqiang;Duan, Zengqiang;Song, Ruinian
    • Steel and Composite Structures
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    • 제30권6호
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    • pp.535-550
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    • 2019
  • Prestressed concrete (PC) bridges using corrugated steel webbing have emerged as one of the most promising forms of steel-concrete composite bridge. However, their long-term behavior is not well understood, especially in the case of large-span bridges. In order to study the time-dependent performance, a large three-span PC bridge with corrugated steel webbing was compared to a similar conventional PC bridge to examine their respective time-dependent characteristics. In addition, a three-dimensional finite element method with step-by-step time integration that takes into account cantilever construction procedures was used to predict long-term behaviors such as deflection, stress distribution and prestressing loss. These predictions were based upon four well-established empirical creep prediction models. PC bridges with a corrugated steel web were observed to have a better long-term performance relative to conventional PC bridges. In particular, it is noted that the pre-cambering for PC bridges with a corrugated steel web could be smaller than that of conventional PC bridges. The ratio of side-to-mid span has great influence on the long-term deformation of PC bridges with a corrugated steel web, and it is suggested that the design value should be between 0.4 and 0.6. However, the different creep prediction models still showed a weak homogeneity, thus, the further experimental research and the development of health monitoring systems are required to further progress our understanding of the long-term behavior of PC bridges with corrugated steel webbing.

삼차원 정상/비정상 비압축성 유동해석을 위한 비정렬 혼합격자계 기반의 유동해석 코드 개발 (DEVELOPMENT OF AN UNSTRUCTURED HYBRID MESH FLOW SOLVER FOR 3-D STEADY/UNSTEADY INCOMPRESSIBLE FLOW SIMULATIONS)

  • 정문승;권오준
    • 한국전산유체공학회지
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    • 제13권2호
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    • pp.27-41
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    • 2008
  • An unstructured hybrid mesh flow solver has been developed for the simulation of three-dimensional steady and unsteady incompressible flow fields. The incompressible Navier-Stokes equations with an artificial compressibility method were discretized by using a node-based finite-volume method. For the unsteady time-accurate computation, a dual-time stepping method was adopted to satisfy a divergence-free flow field at each physical time step. An implicit time integration method with local time stepping was implemented to accelerate the convergence in the pseudo-time sub-iteration procedure. The one-equation Spalart-Allmaras turbulence model has been adopted to solve high-Reynolds number flow fields. The flow solver was parallelized to minimize the CPU time and to overcome the computational overhead. This method has been applied to calculate steady and unsteady flow fields around submarine configurations and a 3-D infinite cylinder. Validations were made by comparing the predicted results with those of experiments or other numerical results. It was demonstrated that the present method is efficient and robust for the prediction of steady and unsteady incompressible flow fields.

원자력 발전소 사고의 근사적인 베이지안 예측기법 (An Approximation Method in Bayesian Prediction of Nuclear Power Plant Accidents)

  • 양희중
    • 대한산업공학회지
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    • 제16권2호
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    • pp.135-147
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    • 1990
  • A nuclear power plant can be viewed as a large complex man-machine system where high system reliability is obtained by ensuring that sub-systems are designed to operate at a very high level of performance. The chance of severe accident involving at least partial core-melt is very low but once it happens the consequence is very catastrophic. The prediction of risk in low probability, high-risk incidents must be examined in the contest of general engineering knowledge and operational experience. Engineering knowledge forms part of the prior information that must be quantified and then updated by statistical evidence gathered from operational experience. Recently, Bayesian procedures have been used to estimate rate of accident and to predict future risks. The Bayesian procedure has advantages in that it efficiently incorporates experts opinions and, if properly applied, it adaptively updates the model parameters such as the rate or probability of accidents. But at the same time it has the disadvantages of computational complexity. The predictive distribution for the time to next incident can not always be expected to end up with a nice closed form even with conjugate priors. Thus we often encounter a numerical integration problem with high dimensions to obtain a predictive distribution, which is practically unsolvable for a model that involves many parameters. In order to circumvent this difficulty, we propose a method of approximation that essentially breaks down a problem involving many integrations into several repetitive steps so that each step involves only a small number of integrations.

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ALE 유한요소법을 이용한 유연매체의 거동해석 (Analysis of Flexible Media Using ALE Finite Element Method)

  • 지중근;장용훈;박노철;박영필
    • 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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    • 한국소음진동공학회 2007년도 춘계학술대회논문집
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    • pp.247-250
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    • 2007
  • Flexible media such as the paper, the film, etc. are thin, light and very flexible. They behave in geometrically nonlinear. Any of small force makes large deformation. So we must including aerodynamic effect when its behavior is predicted. Thus, it becomes fully coupled fluid-structure interaction(FSI) problem. In FSI problems, where the fluid mesh near the structure undergoes large deformations and becomes unacceptably distorted, which drive the time step to a very small value for explicit calculations, the arbitrary Lagrangian-Eulerian(ALE) methods or rezoning are used to create a new undistorted mesh for the fluid domain, which allows the calculations to continue. In this paper, FE sheet model considering geometric nonlinearity is formulated to simulate the behavior of the flexible media. Aerodynamic force to the media by surrounding air is calculated by solving the incompressible Navier-Stokes equations. Q2Q1(Taylor-Hood) element which means biquadratic for velocity and bilinear for pressure is used for fluid domain. Q2Q1 element satisfies LBB condition and any stabilization technique is not needed. In this paper, cantilevered sheet in the viscous incompressible Navier-Stokes flow is simulated to check the mesh motion and numerical integration scheme, and then falling paper in the air is simulated and the effects of some representative parameters are investigated.

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자유표면을 포함한 선체주위 난류유동 해석 코드 개발 (Code Development for Computation of Turbulent Flow around a Ship Model with Free-Surface)

  • 김정중;김형태;반석호
    • 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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    • 한국전산유체공학회 1998년도 춘계 학술대회논문집
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    • pp.145-155
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    • 1998
  • A computer code has been developed for the computation of the viscous flow around a ship model with the free surface. In this code, the incompressible Reynolds-averaged Navier-Stokes equations are solved numerically by a finite difference method which employes second-order finite differences for the spatial discretization and a four-stage Runge-Kutta scheme for the temporal integration of the governing equations. For the turbulence closure, a modified version of the Baldwin-Lomax model is exploited. The location of the free surface is determined by solving the equation of the kinematic free-surface condition using the Lax-Wendroff scheme and the boundary-fitted grid is generated at each time step so that one of the grid surfaces always coincides with the free surface. An inviscid approximation of the dynamic free-surface boundary condition is applied as the boundary conditions for the velocity and pressure on the free surface. To validate the computational method and the computer code developed in the present study, the numerical computations are carried out for both Wigley parabolic hull and Series 60 $C_B=0.6$ ship model and the computational results are compared with the experimental data.

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와류 셀을 이용한 풍력블레이드 에어포일 주위 유동 제어 (Flow Control on Wind Turbine Airfoil with a Vortex Cell)

  • 강승희;김혜웅;유기완;이준신
    • 한국항공우주학회지
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    • 제40권5호
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    • pp.405-412
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    • 2012
  • 높은 효율의 풍력터빈 블레이드을 위해 와류 셀이 장착된 에어포일의 정지상태 및 동실 속 상태에서의 유동제어 특성을 수치적으로 연구하였다. 수치기법은 Roe의 flux-difference-splitting을 사용한 격자점 중심 유한체적법과 이중시간 전진 기법을 사용하는 내재적 시간적분법을 사용하였다. 계산결과 와류 셀을 장착한 경우 셀 내부의 부압으로 인해 양항비증가를 얻을 수 있음을 확인하였다. 동실속의 경우 셀 내부의 와류에 의해 hysterisis 현상을 상당히 감소시킬 수 있음을 확인하였다.

외연적 시간적분법을 이용한 복합재료 섬유 파단 시 음향방출의 3차원 유한요소 해석 (Tree-dimensional FE Analysis of Acoustic Emission of Fiber Breakage using Explicit Time Integration Method)

  • 백승훈;박시형;김승조
    • 한국복합재료학회:학술대회논문집
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    • 한국복합재료학회 2005년도 춘계학술발표대회 논문집
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    • pp.172-175
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    • 2005
  • The numerical simulation is performed for the acoustic emission and the wave propagation due to fiber breakage in single fiber composite plates by the finite element transient analysis. The acoustic emission and the following wave motions from a fiber breakage under a static loading is simulated to investigate the applicability of the explicit finite element method and the equivalent volume force model as a simulation tool of wave propagation and a modeling technique of an acoustic emission. For such a simple case of the damage event under static loading, various parameters affecting the wave motion are investigated for reliable simulations of the impact damage event. The high velocity and the small wave length of the acoustic emission require a refined analysis with dense distribution of the finite element and a small time step. In order to fulfill the requirement for capturing the exact wave propagation and to cover the 3-D simulation, we utilize the parallel FE transient analysis code and the parallel computing technology.

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