Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.21
no.2
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pp.288-296
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1997
Curved beam elements with two nodes based on shallow beam geometry and strain interpolations are employed in eigenvalue analysis. In these elements, the displacement interpolation functions and mass matrices are consistent with strain fields. To assess the quality of the element mass matrix in free vibration problems, several numerical experiments are performed. In these analysis, both the inconsistent mass matrices using linear displacement interpolation function and the consistent mass matrices are used to show the difference. The numerical results demonstrate that the accuracy is closely related to the property of the mass matrix as well as that of the stiffness matrix and that the mass matrix consistent with strain fields is very beneficial to eigenvalue analysis. Also, it is proved that the strain based elements are very efficient in a wide range of element aspect ratios and curvature properties.
In gradient-dependent plasticity theory, the yield strength depends on the Laplacian of an equivalent plastic strain measure (hardening parameter), and the consistency condition results in a differential equation with respect to the plastic multiplier. The plastic multiplier is then discretized in addition to the usual discretization of the displacements, and the consistency condition is solved simultaneously with the equilibrium equations. The disadvantage is that the plastic multiplier requires a Hermitian interpolation that has four degrees of freedom at each node. Instead of using a Hermitian interpolation, in this article, a 3-node incompatible (trigonometric) interpolation is proposed for the plastic multiplier. This incompatible interpolation uses only the function values of each node, but it is continuous across element boundaries and its second-order derivatives exist within the elements. It greatly reduces the degrees of freedom for a problem, and is shown through a numerical example on localization to yield good results.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.6
no.4
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pp.141-150
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1998
The measurement of strains in stamped sheet metal is essential to the design and manufacture of sound sheet metal products. The measured strains can also be used in verifying the reliability of the computer analysis such as finite element analysis. In most engineering applications, strains are measured from the deformed square grids or deformed circular grids in comparison with the initial undeformed grids. In such a case, however, strains are averaged in each grid and the localized strain in a region smaller than a grid size can not be measured. In the present study, the B-spline surface interpolation technique is introduced in order to measure the strains more exactly and effectively. The strains calculated by using the surface interpolation technique are compared with the strains calculated from the three-noded grids as well as with the finite element analysis.
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.
This article proposes a digital image correlation (DIC) strain measurement method based on a finite element (FE) algorithm. A two-step digital image correlation is presented. In the first step, the gradient-based subpixels technique is used to search the displacements of a region of interest of the specimen, and then the strain fields are obtained by utilizing the finite element method in the second step. Both simulation and experiment processing, including tensile strain deformation, show that the proposed method can achieve nearly the same accuracy as the cubic spline interpolation method in most cases and higher accuracy in some cases, such as the simulations of uniaxial tension with and without noise. The results show that it also has a good noise-robustness. Finally, this method is used in the uniaxial tensile testing for Dahurian Larch wood specimens with or without a hole, and the obtained strain values are close to the results which were obtained from the strain gauge and the cubic spline interpolation method.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.11
no.5
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pp.161-170
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1994
This paper presents the performance and problems in analysis method and testing system of Electronic Speckle Pattern Interfermetry(ESPI) method, in measuring two-dimensional in- plane displacement. The analysis result of measurement by ESPI is quite comparable to that of measurement by strain gauge method. This implieds that the method of ESPI is a very effective tool in non-contact two-dimensional in-plane strain analysis. But there is a controversial point, measurement error. This error is discussed to be affected not by ESPI method itself, but by its analysis scheme of the interference fringe, where the first-order interpolation has been applied to the points of strain measured. Further development of advanced first-order interpolation method is being undertaken for the more precise in-plane strain measurement.
The calibration method of the initial value error obtained in the weight measurement through anchor bolt type strain gauge sensor is proposed. The strain gauge sensor is developed for preventing the overturning of forklift, which is the most frequent type of safety-accident in industry. It was confirmed that the initial value error is caused from the physical and mechanical error of anchor bolt, and the environmental problem. Since the elimination of these causes falls outside the realm of this research, we find out the calibrated values based on all the causes, and we adjust the initial values of analog-to-digital convertor (ADC) module consisted of strain gauge sensor block using the calibrated values. We use the linear interpolation method for our calibration. We confirm that four sensor modules have the different under 5% between the real weight and the measured value in the experiment applied with the calibration of initial values. The low correlation between the real weights and ADC values is also improved through the proposed calibration.
The postbuckling behavior of laminated composite plates and shells, subjected to various shear loadings, is presented, using a modified 8-ANS method. The finite element, based on a modified first-order shear deformation theory, is further improved by the combined use of assumed natural strain method. We analyze the influence of the shell element with the various location and number of enhanced membrane and shear interpolation. Using the assumed natural strain method with proper interpolation functions, the present shell element generates neither membrane nor shear locking behavior even when full integration is used in the formulation. The effects of various types of lay-ups, materials and number of layers on initial buckling and postbuckling response of the laminated composite plates and shells for various shear loading have been discussed. In addition, the effect of direction of shear load on the postbuckling behavior is studied. Numerical results and comparisons of the present results with those found in the literature for typical benchmark problems involving symmetric cross-ply laminated composites are found to be excellent and show the validity of the developed finite element model. The study is relevant to the simulation of barrels, pipes, wing surfaces, aircrafts, rockets and missile structures subjected to intense complex loading.
A total stress-based bounding surface model is developed to predict the undrained behaviour of saturated soft clays under cyclic loads based on the anisotropic hardening modulus field and bounding-surface theories. A new hardening rule is developed based on a new interpolation function of the hardening modulus that has simple mathematic expression and fewer model parameters. The evolution of hardening modulus field is described in the deviatoric stress space. It is assumed that the stress reverse points are the mapping centre points and the mapping centre moves with the variation of loading and unloading paths to describe the cyclic stress-strain hysteresis curve. In addition, by introducing a model parameter that reflects the accumulation rate and level of shear strain to the interpolation function, the cyclic shakedown and failure behaviour of soil elements with different combinations of initial and cyclic stresses can be captured. The methods to determine the model parameters using cyclic triaxial compression tests are also studied. Finally, the cyclic triaxial extension and torsional shear tests are performed. By comparing the predictions with the test results, the model can be used to describe undrained cyclic stress-strain responses of elements with different stress states for the tested clays.
In standard finite element algorithms, the local stability conditions are not accounted for in the formulation of the tangent stiffness matrix. As a result, the loss of the local stability is not adequately related to the onset of the global instability. The phenomenon typically arises with material-type localizations, such as shear bands and plastic hinges. This paper addresses the problem in the context of the planar, finite-strain, rate-independent, materially non-linear beam theory, although the proposed technology is in principle not limited to beam structures. A weak formulation of Reissner's finite-strain beam theory is first presented, where the pseudocurvature of the deformed axis is the only unknown function. We further derive the local stability conditions for the large deformation case, and suggest various possible combinations of the interpolation and numerical integration schemes that trigger the simultaneous loss of the local and global instabilities of a statically determined beam. For practical applications, we advice on a procedure that uses a special numerical integration rule, where interpolation nodes and integration points are equal in number, but not in locations, except for the point of the local instability, where the interpolation node and the integration point coalesce. Provided that the point of instability is an end-point of the beam-a condition often met in engineering practice-the procedure simplifies substantially; one of such algorithms uses the combination of the Lagrangian interpolation and Lobatto's integration. The present paper uses the Galerkin finite element discretization, but a conceptually similar technology could be extended to other discretization methods.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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