Stability of MBC1, a specific matching boundary condition, is proved for atomic simulations of a diatomic chain. The boundary condition and the Newton equations that govern the atomic dynamics form a coupled system. Energy functions that decay along with time are constructed for both the boundary with the same type atoms and the one with different type atoms. For a nonlinear chain, MBC1 is also shown stable. Numerical verifications are presented. Moreover, MBC1 is proved to be stable for a two dimensional square lattice.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.15
no.2
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pp.113-122
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2014
The objective of the paper is to clarify a methodology based on the use of the existing component mode synthesis methods for the case of two damped substructures which are coupled through a linking viscoelastic flexible substructure and for which the structural modes with free geometrical interface are used for each main substructure. The proposed methodology corresponds to a convenient alternative to the direct use either of the Craig-Bampton method applied to the three substructures (using the fixed geometric interface modes) or of the flexibility residual approaches initiated by MacNeal (using the free geometric interface modes). In opposite to a geometrical interface which is a topological interface on which there is a direct linkage between the degrees of freedom of substructures, we consider a physical flexible interface which exists in certain present technologies and for which the general framework linear viscoelasticity is used and yields a frequency-dependent damping and stiffness matrices of the physical flexible interface.
International efforts have focused recently on the development of tungsten surfaces that can intercept energetic ionized and neutral atoms, and heat fluxes in the divertor region of magnetic fusion confinement devices. The combination of transient heating and local swelling due to implanted helium and hydrogen atoms has been experimentally shown to lead to severe surface and sub-surface damage. We present here a computational model to determine the relationship between the thermo-mechanical loading conditions, and the onset of damage and failure of tungsten surfaces. The model is based on thermo-elasticity, coupled with a grain boundary damage mode that includes contact cohesive elements for grain boundary sliding and fracture. This mechanics model is also coupled with a transient heat conduction model for temperature distributions following rapid thermal pulses. Results of the computational model are compared to experiments on tungsten bombarded with energetic helium and deuterium particle fluxes.
The presence of the pore fluid strongly influences the reponse of the soil subjected to external loading and in many cases increases the risk of final failure. In this paper, we propose the use of a discrete beam lattice model with the aim to investigate the coupling effects of the solid and fluid phase on the response and failure mechanisms in the saturated soil. The discrete cohesive link lattice model used in this paper, is based on inelastic Timoshenko beam finite elements with enhanced kinematics in axial and transverse direction. The coupling equations for the soil-pore fluid interaction are derived from Terzaghi's principle of effective stresses, Biot's porous media theory and Darcy's law for fluid flow through porous media. The application of the model in soil mechanics is illustrated through several numerical simulations.
We present in this work a coupled phenomenological chemo-mechanical model that represents the degradation of concrete-like materials. The chemical behaviour is described by the nowadays well known simplified calcium leaching approach. And the mechanical damage behaviour is described by a continuum damage model which involves the gradient of the damage quantity. The coupled nonlinear problem at hand is addressed within the context of the finite element method. For the equation governing the calcium dissolution-diffusion part of the problem, special care is taken to treat the highly nonlinear calcium conductivity and solid calcium functions. The algorithmic design is based on a Newton-type iterative scheme where use is made of a recently proposed relaxed linearization procedure. And for the equation governing the damage part of the problem, an augmented Lagrangian formulation is used to take into account the damage irreversibility constraint. Finally, numerical simulations are compared with experimental results on cement paste.
An integrated material removal model considering thermal, chemical and contact mechanical effects in CMP process is proposed. These effects are highly coupled together in the current modeling effort. The contact mechanics is employed in the model incorporated with the heat transfer and chemical reaction mechanisms. The mechanical abrasion actions happening due to the mechanical contacts between the wafer and abrasive particles in the slurry and between the wafer and pad asperities cause friction and consequently generate heats, which mainly acts as the heat source accelerating chemical reaction(s) between the wafer and slurry chemical(s). The proposed model may be a help in understanding multi-physical interactions in CMP process occurring among the wafer, pad and various consumables such as slurry.
Accurate prognoses of the durability of concrete structures require a detailed description of the continuously running aging processes and a consideration of the complete load history. Therefore, in the framework of continuous porous media mechanics a model is developed, which allows a detailed analysis of the most important aging processes of concrete as well as a flexible coupling of different processes. An overview of the prediction model and the balance equations is given. The material dependent model equations, the consequences of coupling different processes and the solution scheme are discussed. In two case studies the aging of concrete due to hydration and chloride penetration are presented, which illustrate the capabilities and the characteristics of the developed model.
Modeling and analyzing the dynamic behavior of fluid-soil-structure interaction problems are crucial in structural engineering. The solution to such coupled engineering systems is often not achievable through analytical modeling alone, and a numerical solution is necessary. Generally, the Finite Element Method (FEM) is commonly used to address such problems. However, when dealing with coupled problems with complex geometry, the finite element method may not precisely represent the geometry, leading to errors that impact solution quality. Recently, Isogeometric Analysis (IGA) has emerged as a preferred method for modeling and analyzing complex systems. In this study, IGA based on Non-Uniform Rational B-Splines (NURBS) is employed to analyze the seismic behavior of concrete gravity dams, considering fluid-structure-foundation interaction. The performance of IGA is then compared with the classical finite element solution. The computational efficiency of IGA is demonstrated through case studies involving simulations of the reservoir-foundation-dam system under seismic loading.
Bukala, Jakub;Damaziak, Krzysztof;Karimi, Hamid Reza;Malachowski, Jerzy
Wind and Structures
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v.23
no.6
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pp.577-594
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2016
In this paper a practical modelling methodology is presented for a series of aero- servo- elastic- coupled numerical analyses of small wind turbine operation, with particular emphasis on variable speed generator modelling in various wind speed conditions. The following characteristics are determined using the available computer tools: the tip speed ratio as a function of the generator constant (under the assumption of constant wind speed), the turbine coefficient of power as a function of the tip speed ratio (the torque curve is modified accordingly and generator speed and power curves are plotted), turbine power curves and coefficient of power curve as functions of the incoming wind speed. The last stage is to determine forces and torques acting on rotor blades and turbine tower for specific incoming wind speeds in order to examine the impact of the stall phenomena on these values (beyond the rated power of the turbine). It is shown that the obtained results demonstrate a valuable guideline for small wind turbines design process.
An accurate substructural synthesis method including random responses synthesis, frequency-response functions synthesis and mid-order modes synthesis is developed based on rigorous substructure description, dynamic condensation and coupling. An entire structure can firstly be divided into several substructures according to different functions, geometric and dynamic characteristics. Substructural displacements are expressed exactly by retained mid-order fixed-interfacial normal modes and residual constraint modes. Substructural interfacial degree-of-freedoms are eliminated by interfacial displacements compatibility and forces equilibrium between adjacent substructures. Then substructural mode vibration equations are coupled to form an exact-condensed synthesized structure equation, from which structural mid-order modes are calculated accurately. Furthermore, substructural frequency-response function equations are coupled to yield an exact-condensed synthesized structure vibration equation in frequency domain, from which the generalized structural frequency-response functions are obtained. Substructural frequency-response functions are calculated separately by using the generalized frequency-response functions, which can be assembled into an entire-structural frequency-response function matrix. Substructural power spectral density functions are expressed by the exact-synthesized substructural frequency-response functions, and substructural random responses such as correlation functions and mean-square responses can be calculated separately. The accuracy and capacity of the proposed substructure synthesis method is verified by numerical examples.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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