A large-scale analysis to evaluate complex material and structural behaviors is one of interesting topic in diverse engineering and scientific fields. Also, the utilization of massively parallel processors has been a recent trend of high performance computing. The objective of this paper is to introduce a parallel process system which consists of general purpose finite element analysis solver as well as parallelized PC cluster. The later was constructed using eight processing elements and the former was developed adopting both hierarchical domain decomposition method and balancing domain decomposition method. Then, to verify the efficiency of the established system, it was applied for structural analysis of steam generator in nuclear power plant. Since the prototypal evaluation results agreed well to the corresponding reference solutions it is believed that, after reinforcement of PC cluster by increasing number of processing elements, the promising parallel process system can be utilized as a useful tool for advanced structural integrity evaluation.
Amanifold is one of the essential subsea oil and gas production components to simplify the subsea production layout. It collects the production fluid from a couple of wellheads, transfers it to onshore or offshore storage platforms, and even accommodates water and gas injection flowlines. This paper presents the basic design procedure for a manifold frame structure with novel structural verification using in-house unity check codes. Loads and load cases for the design of an SIL 3 class-manifold are established from a survey of relevant industrial codes. The basic design of the manifold frame is developed based on simple load considerations such as the self weights of the manifold frame and pipeline system. In-house software with Eurocode 3 embedded, called INHA-SOLVER, makes it possible to carry out code checks on the yield and buckling unities. This paper finally proves that the new design of the manifold frame structure is effective to resist a permanent and environment load, and the in-house code is also adaptively combined with the commercial finite element code Nastran.
Topology optimization of structures seeking the best distribution of mass in a design space to improve the structural performance and reduce the weight of a structure is one of the most comprehensive issues in the field of structural optimization. In addition to structures stiffness as the most common objective function, frequency optimization is of great importance in variety of applications too. In this paper, an efficient multi-objective Bi-directional Evolutionary Structural Optimization (BESO) method is developed for topology optimization of frequency and stiffness in continuum structures simultaneously. A software package including a Matlab code and Abaqus FE solver has been created for the numerical implementation of multi-objective BESO utilizing the weighted function method. At the same time, by considering the weaknesses of the optimized structure in single-objective optimizations for stiffness or frequency problems, slight modifications have been done on the numerical algorithm of developed multi-objective BESO in order to overcome challenges due to artificial localized modes, checker boarding and geometrical symmetry constraint during the progressive iterations of optimization. Numerical results show that the proposed Multiobjective BESO method is efficient and optimal solutions can be obtained for continuum structures based on an existent finite element model of the structures.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.23
no.2
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pp.38-45
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2019
The present work suggests a numerical approach using a thermoacoustic network model for the eigenvalue calculation of thermoacoustic instability problems in an aero gas turbine combustor. The model is developed based on the conservation laws for mass, momentum, and energy between acoustic network elements with an area change. Acoustic field in a practical aero gas turbine combustor which has a complicated flow path is analyzed using the current model. The predictive capabilities of the current modeling approach are compared with the acoustic characteristics calculated using Helmholtz solver based on 3D finite element method(FEM).
Mikel Bengoetxea Aristondo;Kais Ammar;Samuel Forest;Vincent Maurel;Houssem Eddine Chaieb;Jean-Michel Mataigne
Corrosion Science and Technology
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v.23
no.2
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pp.93-103
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2024
In the present work, a phase-field model for dendritic solidification is applied to hot-dip ZnAlMg coatings to elucidate the morphology of zinc dendrites and the solute segregation leading to the formation of eutectics. These aspects define the microstructure that conditions the corrosion resistance and the mechanical behaviour of the coating. Along with modelling phase transformation and solute diffusion, the implemented model is partially coupled with the tracking of crystal orientation in solid grains, thus allowing the effects of surface tension anisotropy to be considered in multi-dendrite simulations. For this purpose, the composition of a hot-dip ZnAlMg coating is assimilated to a dilute pseudo-binary system. 1D and 2D simulations of isothermal solidification are performed in a finite element solver by introducing nuclei as initial conditions. The results are qualitatively consistent with existing analytical solutions for growth velocity and concentration profiles, but the spatial domain of the simulations is limited by the required mesh refinement.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.31
no.1
s.256
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pp.43-49
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2007
A new electric coil design methodology using the notion of topology optimization is developed. The specific design problem in consideration is to find optimal coil configuration that maximizes the Lorentz force under given magnetic field. Topology optimization is usually formulated using the finite element method, but the novel feature of this method is that no such partial differential equation solver is employed during the whole optimization process. The proposed methodology allows the determination of not only coil shape but also the number of coil turns which is not possible to determine by any existing topology optimization concept and to perform single coil strand identification algorithm. The specific applications are made in the design of two-dimensional fine-pattern focusing coils of an optical pickup actuator. In this method, the concept of equivalent magnetizing current is utilized to calculate the Lorentz force, and the optimal coil configuration is obtained without any initial layout. The method is capable of generating the location and shape of turns of coil. To confirm the effectiveness of the proposed method in optical pickup applications, design problems involving multipolar permanent magnets are considered.
There are few reports of high frequency loss behavior in the near-field for magnetic films with semiconducting properties, even though semiconducting magnetic materials, such as soft magnetic amorphous alloys and nanocrystalline thin films, have been demonstrated. The electromagnetic loss behavior of multilayer magnetic films with semiconducting properties on the microstrip line in quasi-microwave frequency band was analyzed numerically using a commercial finite-element based electromagnetic solver. The large increase in the absorption performance and broadband characteristics of the semiconducting/insulating layer magnetic films examined in this study were attributed to an increase in the loss factor of resistive loss. The electromagnetic reflection increased significantly with increasing conductivity, and the loss power deteriorated significantly. The numerical results of the magnetic field distribution showed that a strong radiated signal on the microstrip line was emitted with increasing conductivity and decreasing film thickness due to re-reflection of the radiated wave from the surface of the magnetic film, even though the emitted levels varied with film thickness.
Kim, Tae-Min;Kim, Jeung-Tae;Kim, Jung-Soo;Kim, Soo-Young
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.20
no.8
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pp.703-709
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2010
An analysis tool for predicting transmission loss in high speed trains based on combined use of the statistical energy analysis and the finite element methods has been proposed. The analysis utilizes a commercially available numerical solver VA ONE with imbedded NASTRAN module. The proposed analysis tool is first verified by comparing numerically predicted transmission loss of a light rail transport(LRT) structure with experimental results. The comparison shows that the numerically predicted transmission loss is similar to the experimental data. The analysis tool is then applied to the prediction of transmission loss in the high speed train(HST) currently under development. Various sub-structures such as the floor, side panel and ceiling have been numerically analyzed to predict their transmission losses. The results obtained here can be used as input data for predicting the interior noise level of the HST at design stage.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2001.05a
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pp.205-210
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2001
In this work, virtual material characterization of 3D orthogonal woven composites is performed to predict the elastic properties by a full scale FEA. To model the complex geometry of 3D orthogonal woven composites, an accurate unit structure is first prepared. The unit structure includes warp yarns, filler yarns, stuffer yams and resin regions and reveals the geometrical characteristics. For this virtual experiments by using finite element analysis, parallel multifrontal solver is utilized and the computed elastic properties are compared to available experimental results and the other analytical results. It is founded that a good agreement between material properties obtained from virtual characterization and experimental results. Using the method of this virtual material characterization, the effects of inconsistent filler yarn distribution on the in-plane shear modulus and filler yarn waviness on the transverse Young's modulus are investigated. Especially, the stiffness knockdown of 3D woven composite structures is simulated by virtual characterization. Considering these results, the virtual material characterization of composite materials can be used for designing the 3D complex composite structures and may supplement the actual experiments.
Park, Ho-Kyoung;Bang, Hee-Seon;Rajesh, S.R.;Oh, Chong-In;Bang, Han-Sur
Proceedings of the KWS Conference
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2006.10a
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pp.216-218
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2006
The application of aluminium alloy is increasing for lightweight and high quality transport vehicle. In this study, therefore, it is intended to apply the high speed hybrid welding method for marine grade aluminium alloy(A5083) used for shipbuilding that consists of 3 kW CW Nd:YAG laser and MIG welding process. For this purpose, the characteristics of process parameters(laser & arc combine angle and focal position of hybrid head to specimen) are investigated for hybrid fillet joint. This study also describes determination of heat distribution using finite element model of the T-joint fillet weld using the in-house solver which has been validated for different type of welding problems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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