The purpose of this article is to find a relation between the finite difference method and the boundary element method, and propose a new approach deriving a discrete approximation formula as like that of the finite difference method for harmonic functions. We develop a discrete approximation formula on a uniform grid based on the boundary integral formulations. We consider three different boundary integral formulations and derive one discrete approximation formula on the uniform grid for the harmonic function. We show that the proposed discrete approximation formula has the same computational molecules with that of the finite difference formula for the Laplace operator ${\nabla}^2$.
Static performance was compared for the triangular plate elements through some numerical experiments. Four Kirchhoff elements and six Mindlin elements were selected for the comparison. Numerical tests were executed for the problems of rectangular plates with regular and distorted meshes, rhombic plates, circular plates and cantilever plates. Among the Kirchhoff 9 DOF elements, the discrete Kirchhoff theory element was the best. Element distortion and the aspect ratio were shown to have negligible effects on the displacement behaviour. The Specht's element resulted in better results than the Bergan's but it was sensitive to the aspect ratio. The element based on the hybrid stress method also resulted in good results but it assumed to be less reliable. Among the linear Mindlin elements, the discrete shear triangle was the best in view of reliability, accuracy and convergence. Since the thin plate behaviour of it was as good as the DKT element, it can be used effectively in the finite element code regardless of the thickness. As a quadratic Mindlin element, the MITC7 element resulted in best results in almost all cases considered. The results were at least as good as those of doubly refined meshes of linear elements.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제7권1호
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pp.106-117
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2006
The active vibration control of composite shell structure has been performed with the optimized sensor/actuator system. For the design of sensor/actuator system, a method based on finite element technique is developed. The nine-node Mindlin shell element has been used for modeling the integrated system of laminated composite shell with PVDF sensor/actuator. The distributed selective modal sensor/actuator system is established to prevent the effect of spillover. Electrode patterns and lamination angles of sensor/actuator are optimized using genetic algorithm. Continuous electrode patterns are discretized according to finite element mesh, and orientation angle is encoded into discrete values using binary string. Sensor is designed to minimize the observation spillover, and actuator is designed to minimize the system energy of the control modes under a given initial condition. Modal sensor/actuator for the first and the second mode vibration control of singly curved cantilevered composite shell structure are designed with the method developed on the finite element method and optimization. For verification, the experimental test of the active vibration control is performed for the composite shell structure. Discrete LQG method is used as a control law.
본 연구에서는 토사사면의 안전율을 산정하고 최소임계단면을 탐색하기 위하여 개별요소법과 유전자 알고리즘으로 조합된 새로운 해석방법이 제안되었다. 안전율 산정시, 한계평형법에 근거한 통상적인 사면안정 해석법들은 전체적인 힘평형을 만족하지 못하기 때문에 절편간에 작용하는 힘의 경사와 위치에 대한 가정이 불가피하다. 개별요소법에 근거하여 개발된 사면안정해석법은 힘과 변위간의 적합조건을 만족할 수 있다. 또한 제안된 해석기법에서는 최소임계 단면을 탐색하기 위하여 실수형 유전자 알고리즘이 적용되었다. 이 방법은 지역해에 쉽게 수렴하는 간편한 최적화기 법보다 안정적으로 전역해를 탐색할 수 있다 제안된 해석기법의 적용성을 검토하기 위하여 예제해석이 수행되었다.
We study the effect of numerical quadrature in space on semidiscrete and fully discrete piecewise linear finite element methods for parabolic interface problems. Optimal $L^2(L^2)$ and $L^2(H^1)$ error estimates are shown to hold for semidiscrete problem under suitable regularity of the true solution in whole domain. Further, fully discrete scheme based on backward Euler method has also analyzed and optimal $L^2(L^2)$ norm error estimate is established. The error estimates are obtained for fitted finite element discretization based on straight interface triangles.
Numerous studies of the dynamic behavior of powders have been performed by Discrete Element Method (DEM). The behavior of powders can be analyzed using the DEM assuming that the powder is composed of spherical particles. Moreover, the assumption of spherical particle reduces the computing time significantly. However, the biggest problem with this assumption is the real shape of the particles. Some types of particles, such as calcium carbonate and colloidal copper, are needle shaped. Thus, analysis based on spherical particles can produce errors because of the incorrect assumption. In this research, we developed a new model to simulate needle-shaped particles using the DEM. In the model, a series of particles are connected and regarded as a rod. There is no relative motion among the particles. Thus, the behavior of the rod is rigid motion. To validate the developed model, we carried out the drop-and-bounce test with different initial angles. The results showed negligible error of less than 2%.
One problem of the Discrete Element Method is the assumption of a spherical particle shape, which reduces the computing time but significantly limits the application of the DEM to analysis. This limitation can be overcome by a recently developed rigid-rod model. However, the rigid-rod model has an essential problem related with friction: it always contains friction error because of the bumpy surface. To overcome this issue, we suggest a superposed rigid-rod model in this paper. The superposed rigid-rod model is notably consistent with the theoretical value in terms of the velocity and angular velocity after the collision. The estimated error is negligible(less than 2%). Then, the developed model is applied to hopper discharging. The developed model shows no problem in the discharging flow from the hopper.
This article focuses on concrete structures submitted to impact loading and is aimed at predicting local damage in the vicinity of an impact zone as well as the global response of the structure. The Discrete Element Method (DEM) seems particularly well suited in this context for modeling fractures. An identification process of DEM material parameters from macroscopic data (Young's modulus, compressive and tensile strength, fracture energy, etc.) will first be presented for the purpose of enhancing reproducibility and reliability of the simulation results with DE samples of various sizes. The modeling of a large structure by means of DEM may lead to prohibitive computation times. A refined discretization becomes required in the vicinity of the impact, while the structure may be modeled using a coarse FE mesh further from the impact area, where the material behaves elastically. A coupled discrete-finite element approach is thus proposed: the impact zone is modeled by means of DE and elastic FE are used on the rest of the structure. The proposed approach is then applied to a rock impact on a concrete slab in order to validate the coupled method and compare computation times.
The pick cutter, which directly contacts and crushes the rock, is the expendable part of a roadheader. The arrangement and angle of attachment of the pick cutter are important factors that determine excavator performance. It is necessary to numerically calculate the contact between the pick cutter and rock. The rock is defined as a set of particles using the discrete element method. The parallel bond model is used to define the bonds between particles. The properties of granite that are measured by the uniaxial compressive test are applied to the numerical rock model. The pick cutter is defined by the polygon elements. The linear cutting simulation is considered to simulate the contact between the pick cutter and rock. The results of the simulation show the rock breaking due to contact with the pick cutter.
It is well accepted that rock failure mechanism influence the cutting efficiency and determination of optimum cutting parameters. In this paper, an attempt was made to research the factors that affect the failure mechanism based on discrete element method (DEM). The influences of cutting depth, hydrostatic pressure, cutting velocity, back rake angle and joint set on failure mechanism in rock-cutting are researched by PFC2D. The results show that: the ductile failure occurs at shallow cutting depths, the brittle failure occurs as the depth of cut increases beyond a threshold value. The mean cutting forces have a linear related to the cutting depth if the cutting action is dominated by the ductile mode, however, the mean cutting forces are deviate from the linear relationship while the cutting action is dominated by the brittle mode. The failure mechanism changes from brittle mode with larger chips under atmospheric conditions, to ductile mode with crushed chips under hydrostatic conditions. As the cutting velocity increases, a grow number of micro-cracks are initiated around the cutter and the volume of the chipped fragmentation is decreasing correspondingly. The crack initiates and propagates parallel to the free surface with a smaller rake angle, but with the rake angle increases, the direction of crack initiation and propagation is changed to towards the intact rock. The existence of joint set have significant influence on crack initiation and propagation, it makes the crack prone to propagate along the joint.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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