In modern automobile body manufacturing, the structural adhesive bonding is recognized to one of new joining techniques for the purpose of light weight body and its application scope in the automobile body has been gradually magnified. Specially, the structural adhesives have the advantages of not only enhancing the design flexibility of automobile body, but also improving automobile performances such as stiffness, crashworthiness and durability. In order to evaluate the performance simulation of the automobile body applied with structural adhesives, it is necessary to develop modeling techniques in the structural adhesives in advance. This paper aims to investigate modeling methodology of structural adhesive junctions for body stiffness simulation. Two main modeling points are the element selection for adhesives and the connectivity between adhesives and adherends. Both of the 1D element used in classical modeling and the 3D element which are more accurate are considered for the adhesives, and the congruent and incongruent mesh models of the adherends are compared for connectivity modeling. By applying the several kinds of modeling methodology to the simple structures, the simulation results are compared and some modeling guidelines are obtained.
A numerical procedure is described for predicting the dynamic structural responses of tension leg platforms(TLPs) in current and waves. The developed numerical approach is based on a combination of the three dimensional source distribution method and the dynamic structural analysis method, in which the superstructure of the TLPs is assumed to be flexible instead of rigid. The hydrodynamic interactions among TLP members, such as columns and pontoons, and the structural damping are included in the dynamic structural analysis. The equations of motion of a whole structure are formulated using element-fixed coordinate systems which have the origin at the nodes of the each hull element and move parallel to a space-fixed coordinate system. The dynamic structural responses of a TLP were analyzed in the case of including the current or not including the one in waves and the effects of current on the TLP were investigated.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제2권4호
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pp.217-222
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2010
Since 1980's, optimum design techniques for ship structural design have been developed to the preliminary design which aims at minimum weight or minimum cost design of mid-ship section based on analytic structural analysis. But the optimum structural design researches about the application for the detail design of local structure based on FEA have been still insufficient. This paper presents optimization technique for the detail design of a racing motor boat. To improve the performance and reduce the damage of a real existing racing boat, direct structural analyses; static and non-linear transient dynamic analyses, were carried out to check the constraints of minimum weight design. As a result, it is shown that the optimum structural design of a racing boat has to be focused on reducing impulse response from pitching motion than static response because the dynamic effect is more dominant. Optimum design algorithm based on nonlinear finite element analysis for a racing motor boat was developed and coded to ANSYS, and its applicability for actual structural design was verifed.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제2권2호
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pp.87-95
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2010
The structural intensity analysis, which calculates the magnitude and direction of vibrational energy flow from vibratory velocity and internal force at any point of a structure, can give information on dominant transmission paths, positions of sources and sinks of vibration energy. This paper presents a numerical simulation system for structural intensity analysis and visualization to apply for ship structures based on the finite element method. The system consists of a general purpose finite element analysis program MSC/Nastran, its pre- and post-processors and an in-house program module to calculate structural intensity using the model data and its forced vibration analysis results. Using the system, the structural intensity analysis for a 4,100 TEU container carrier is carried out to visualize structural intensity fields on the global ship structure and to investigate dominant energy flow paths from harmonic excitation sources to superstructure at resonant hull girder and superstructure modes.
Savino, Pierclaudio;Gherlone, Marco;Tondolo, Francesco
Structural Engineering and Mechanics
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제72권2호
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pp.217-227
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2019
The methodology known as "shape sensing" allows the reconstruction of the displacement field of a structure starting from strain measurements, with considerable implications for structural monitoring, as well as for the control and implementation of smart structures. An approach to shape sensing is based on the inverse Finite Element Method (iFEM) that uses a variational principle enforcing a least-squares compatibility between measured and analytical strain measures. The structural response is reconstructed without the knowledge of the mechanical properties and load conditions but based only on the relationship between displacements and strains. In order to efficiently apply iFEM to the most common structural typologies of civil engineering, its formulation according to the kinematical assumptions of the Bernoulli-Euler theory is presented. Two beam inverse finite elements are formulated for different loading conditions. Depending on the type of element, the relationship between the minimum number of required measurement stations and the interpolation order is defined. Several examples representing common applications of civil engineering and involving beams and frames are presented. To simulate the experimental strain data at the station points and to verify the accuracy of the displacements obtained with the iFEM shape sensing procedure, a direct FEM analysis of the considered structures is performed using the LUSAS software.
For structural damage detection of shear buildings, this paper proposes a new concept using structural element mass-stiffness vector (SEMV) based on special mass and stiffness distribution characteristics. A corresponding damage identification method is developed combining the SEMV with the cross-model cross-mode (CMCM) model updating algorithm. For a shear building, a model is assumed at the beginning based on the building's distribution characteristics. The model is updated into two models corresponding to the healthy and damaged conditions, respectively, using the CMCM method according to the modal parameters of actual structure identified from the measured acceleration signals. Subsequently, the structural SEMV for each condition can be calculated from the updated model using the corresponding stiffness and mass correction factors, and then is utilized to form a new feature vector in which each element is calculated by dividing one element of SEMV in health condition by the corresponding element of SEMV in damage condition. Thus this vector can be viewed as a damage detection feature for its ability to identify the mass or stiffness variation between the healthy and damaged conditions. Finally, a numerical simulation and the laboratory experimental data from a test-bed structure at the Los Alamos National Laboratory were analyzed to verify the effectiveness and reliability of the proposed method. Both simulated and experimental results show that the proposed approach is able to detect the presence of structural mass and stiffness variation and to quantify the level of such changes.
A variable-node-flat shell element designated as CLS which has variable mid-side nodes with drilling freedom has been presented in this paper. The shell element to be applied in finite element analysis has been developed by combining a membrane element named as CLM with drilling rotation d.o.f. and plate bending element. The combined shell element possess six degrees of freedom per node. By introducing the variable-node elements which have physical midside nodes, some difficulties associated with imposing displacement constraints on irregular nodes to enforce interelement compatibility in common adaptive h-refinement on quadrilateral mesh are easily overcome. Detailed numerical studies show the excellent performance of the new shell elements developed in this study.
We propose a 2D 'crack' element for the simulation of propagating crack with minimal remeshing. A regular finite element containing the crack tip is replaced with this novel crack element, while the elements which the crack has passed are split into two transition elements. Singular elements can easily be implemented into this crack element to represent the crack-tip singularity without enrichment. Both crack element and transition element proposed in our formulation are mapped from corresponding master elements which are commonly built using the moving least-square (MLS) approximation only in the natural coordinate. In numerical examples, the accuracy of stress intensity factor K/sub I/ is demonstrated and the crack propagation in a plate is simulated.
The finite element analysis for porous media is severe job because constituents have different physical peoperties, and element's continuity and stability should be considered. Thus, we propose the new mixed finite element method in order to overcome the problems. In this method, multi time step, remeshing step, and sub iteration step are introduced. The multi time step and remeshing step make it possible to satisfy a stability and an accuracy during sub iteration in which global time is determined. Finally, the proposed method is compared with the ABAQUS(2007) software and exact solution(Schiffman 1967) through two dimensional consolidation model.
In this study, dynamic boundary element method using mass matrix is derived, using fundamental solutions for the semi-infinite domain. In constituting boundary integral equations for the dynamic equilibrium condition, inertia term in the form of domain integral is transformed into boundary integral form. Corresponding system equations are derived, and a boundary element program is developed. In addition, equations for free vibration is formulated, and eigenvalue analysis is performed. The results from the dynamic boundary element analysis for a tunnel problem are compared with those from the finite element analysis. According to the comparison, boundary element method using mass matrix is consistent with the results of finite element method. Consequently, in tunnel vibration problems, it results in reasonable solution compared with other methods where relatively higher degree of freedoms are employed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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