Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.20
no.11
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pp.3441-3453
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1996
A finite element anlaysis is performed for large deformations of a felxible beam. The total Lagrangian formulation for a general large deformation, which involves finite rotations, is chosen and the exponential map is used to treat finite rotations from the Eulerian point of view. The finite elements results are confirmed for several cases of deformations through comparison to a first order elasticity solution obtained by numerical integration, and the agreement between the two is found to be excellent. For lateral buckling, the point of vanishing determinant of the resulting unsymmetric tangent stiffness is traced to examine its relationship to bifurcation points. It is found that the points of vanishing determinant is not corresponding to bifurcation points for large deformation in general, which suggests that the present unsymmetric tangent stiffness is not an exact first derivative of internal forces with respect to displacement.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.12
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pp.3003-3009
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2000
In this paper, we propose a new efficient hybrid-mixed C(sup)0 curved beam element with the optimal interpolation functions determined from numerical tests, which gives very accurate locking-free two-node curved beam element. In the element level, the stress parameters are eliminated from the stationary condition and the nodeless degrees of freedom are also removed by static condensation so that a standard six-by-six stiffness matrix is finally obtained. The numeri cal benchmark problems show that the element with cubic displacement functions and quadratic stress functions is the most efficient.
The objective of this paper is to extend the use of the improved degenerated shell element to the linear and the large displacement analysis of plates and shells with laminated composites. In the formulation of the element stiffness, the combined use of three different techniques was made. This element is free of serious shear/membrane locking problems and undesirable compatible/commutable spurious kinematic deformation modes. The total Lagrangian approach has been utilized for the definition of the deformation and the solution to the nonlinear equilibrium equations is obtained by the Newton-Raphson method. The applicability and accuracy of this improved degenerated shell element in the analysis of laminated composite plates and shells are demonstrated by solving several numerical examples.
The Enriched Free Mesh Method (EFMM) is a patch-wise procedure in which both a displacement field on an element and a stress/strain field on a cluster of elements connected to a node can be defined. On the other hand, the Superconvergent Patch Recovery (SPR) is known to be an efficient post-processing procedure of the finite element method to estimate the error norm at a node. In this paper, we discuss the relationship between solutions of the EFMM and those of the SPR through several convergence studies. In addition, in order to solve the demerit of the smoothing effect on the fracture mechanics fields, we implement a singular stress field to a local patch in the EFMM, and its effectiveness is investigated.
This paper presents a method to extract flutter derivatives of bridge decks based on a combination of the computational fluid dynamics (CFD), system simulations and system identifications. The incompressible solver adopts an Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) formulation with the finite volume discretization in space. The imposed sectional motion in heaving or pitching relies on exponential time series as input, with aerodynamic forces time histories acting on the section evaluated as output. System identifications are carried out to fit coefficients of the inputs and outputs of ARMA models, as to establish discrete-time aerodynamic models. System simulations of the established models are then performed as to obtain the lift and moment exerting on the sections to a sinusoidal displacement. It follows that flutter derivatives are identified. The present approaches are applied to a hexagon thin plate and a real bridge deck. The results are compared to the Theodorsen closed-form solution and those from wind tunnel tests. Satisfactory agreements are observed.
The harmony search method based optimum design algorithm is presented for geometrically non-linear semi-rigid steel frames. Harmony search method is recently developed metaheuristic algorithm which simulates the process of producing a musical performance. The optimum design algorithm aims at obtaining minimum weight steel frames by selecting from standard set of steel sections such as European wide flange beams (HE sections). Strength constraints of Turkish Building Code for Steel Structures (TS648) specification and displacement constraints were used in the optimum design formulation. The optimum design algorithm takes into account both the geometric non-linearity of the frame members and the semi-rigid behaviour of the beam-to-column connections. The Frye-Morris polynomial model is used to calculate the moment-rotation relation of beam-to-column connections. The robustness of harmony search algorithm, in comparison with genetic algorithms, is verified with two benchmark examples. The comparisons revealed that the harmony search algorithm yielded not only minimum weight steel frames but also required less computational effort for the presented examples.
This study deals with dynamic model of composite sandwich panels with functionally graded flexible cores under low velocity impacts of multiple large or small masses using a new improved higher order sandwich panel theory (IHSAPT). In-plane stresses were considered for the functionally graded core and face sheets. The formulation was based on the first order shear deformation theory for the composite face sheets and polynomial description of the displacement fields in the core that was based on the second Frostig's model. Fully dynamic effects of the functionally graded core and face-sheets were considered in this study. Impacts were assumed to occur simultaneously and normally over the top and/or bottom of the face-sheets with arbitrary different masses and initial velocities. The contact forces between the panel and impactors were treated as internal forces of the system. Nonlinear contact stiffness was linearized with a newly presented improved analytical method in this paper. The results were validated by comparing the analytical, numerical and experimental results published in the latest literature.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1993.10a
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pp.8-15
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1993
The transition membrane elements with drilling freedom have been developed. The functionals for the linear problem, in which the drilling rotations are introduced as independent variables, have been presented by Hughes & Bressi. And 4-node membrane elements with drilling degrees of freedom were developed by Ibrahimbegovic. The transition elements can be efficiently used in modelling the in-plane structures, in particular, where the stress concentration exists. A modified Gaussian quadrature adopted to evaluate the stiffness matrices of these transition elements which have slope discontinuity of displacement within the elements. Detailed numerical studies show the excellent performance of the transition elements.
Kim Hyo-Jin;Yoon Young-Chol;Kim Dong-Jo;Lee Sang-Ho
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2006.04a
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pp.365-372
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2006
A new meshfree formulation is developed for material discontinuity problems. A local interfacial jump function which is defined as hyperplane function is embedded in the meshless approximation and the approximation accurately models functions with jumps in the displacement and the derivative fields. Diffuse derivative technique copes with difficulty due to complexity of derivative computation of meshfree approximation. Collocation method with diffuse derivative accelerates computing speed for numerical solution. By solving inclusion and composite material problems, the robustness and effectiveness of the method are verified.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.15
no.4
s.97
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pp.395-403
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2005
The dynamic characteristics of delaminated smart composite laminates are studied using animproved layerwise laminate theory. The theory is capable of capturing interlaminar shear stresses that are critical to delamination. The presence of discrete delamination is modeled through the use of Heaviside unit step functions. Stress free boundary conditions are enforced at all free surfaces. Continuity in displacement field and transverse shear stresses are enforced at each ply level. In modeling piezoelectric composite plates, a coupled piezoelectric-mechanical formulation is used in the development of the constitutive equations. Numerical analysis is conducted to investigate the effect of nonlinearity in the transient vibration of bimodular behavior caused by the contact impact of delaminated interfaces. Composite plates with delamination, subject to external loads and voltage history from surface bonded sensors, are investigated and the results are compared with corresponding experimental results and plates without delamination.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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