Two dimensional finite element method with quadrilateral basis functions was applied to the spherical high order filter on the spherical surface limited area domain. The basis function consists of four shape functions which are defined on separate four grid boxes sharing the same gridpoint. With the basis functions, the first order derivative was expressed as an algebraic equation associated with nine point stencil. As the theory depicts, the convergence rate of the error for the spherical Laplacian operator was found to be fourth order, while it was the second order for the spherical Laplacian operator. The accuracy of the new high order filter was shown to be almost the same as those of Fourier finite element high order filter. The two-dimension finite element high order filter was incorporated in the weather research and forecasting (WRF) model as a hyper viscosity. The effect of the high order filter was compared with the built-in viscosity scheme of the WRF model. It was revealed that the high order filter performed better than the built in viscosity scheme did in providing a sharper cutoff of small scale disturbances without affecting the large scale field. Simulation of the tropical cyclone track and intensity with the high order filter showed a forecast performance comparable to the built in viscosity scheme. However, the predicted amount and spatial distribution of the rainfall for the simulation with the high order filter was closer to the observed values than the case of built in viscosity scheme.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.8
no.3
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pp.1-10
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1988
A higher order plate bending finite element using cubic in-plane displacement profiles is proposed for geometrically nonlinear analysis of thin and thick plates. The higher order plate bending element has been derived from the three dimensional plate-like continuum by discretization of the equations of motion by Galerkin weighted residual method, together with enforcing higher order plate assumptions. Total Lagrangian formulation has been used for geometrically nonlinear analysis of plates and consistent linearization by Newton-Raphson method has been performed to solve the nonlinear equations. The element characteristics have been computed by, selective reduced integration technique using Gauss quadrature to avoid shear locking phenomenon in case of extremely thin plates. Several numerical examples were solved with FEAP macro program to demonstrate versatility and accuracy of the present higher order plate bending element.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.9
no.5
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pp.112-118
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2000
In case ESO(evolutionary structural optimization) which is one of topology optimization methods, the element removal ratio is fixed throughout topology optimization by 1 or 2%. As a result it has no flexibility for various types of structures and thus the rate of convergence might not be efficient. Thus various element removal methods were developed in order to improve the efficiency of ESO. In this paper, various element removal methods for ESO are compared with each other for a bracket and a short cantilever. In addition, a new improved bi-directional element removal method is suggested in order to obtain much better optimized topology. From the comparative results of the examples, it is verified that all of the developed various element removal methods are very effective, and the suggested element removal method is the most effective.
A high precision shear deformable triangular element has been proposed for bending analysis of triangular plate. The element has twelve nodes at the three sides and four nodes inside the element. Initially the element has thirty-five degrees of freedom, which has been reduced to thirty by eliminating the degrees of freedom of the internal nodes through static condensation. Plates having different boundary conditions, side ratios (b/a) and thickness ratios (h/a = 0.001, 0.1 and 0.2) have been analyzed using the proposed shear locking free element. Concentrated and uniformly distributed transverse loads have been used for the analysis. The formulation is made based on first order shear deformation theory. For validation of the present element and formulation few results of thin triangular plate have been compared with the analytical solutions. Results for thick plate have been presented as new results.
Journal of the korean Society of Automotive Engineers
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v.3
no.3
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pp.24-29
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1981
This paper is studied an efficient temperature distribution and heat transfer of two-dimensional rectangular cross-section by the higher-order triangular finite dynamic element and finite difference. This is achieved by employing a discretization technique based on a recently developed concept of finite dynamic elements, involving higher order dynamic correction terms in the associated stiffness and convection matrices. Numerical solution results of temperature distribution presented herein clearly optimum element and show that FEM10 is the most accurate temperature distribution, but heat transfer and computational effort is the most acquired.
In this work we study two a posteriori error estimators of hierarchical type for lowest-order mixed finite element methods. One estimator is computed by solving a global defect problem based on the splitting of the lowest-order Brezzi-Douglas-Marini space, and the other estimator is locally computable by applying the standard localization to the first estimator. We establish the reliability and efficiency of both estimators by comparing them with the standard residual estimator. In addition, it is shown that the error estimator based on the global defect problem is asymptotically exact under suitable conditions.
Finite element method is used here in this article to solve boundary control problem governed by parabolic variational inequalities, where the operator is of infinite order. In the handled problem the cost function is quadratic w. r. to the state of the system.The error estimation between the contionuous problem(P) and the discritisation problem is obtained.
In classical higher-order discontinuous boundary element formulation for two-dimensional elastostatics, interpolation functions for different boundary variables (i.e., boundary displacements and tractions) are assumed to be the same. However, there is a derivational relationship between these variables. This paper presents a boundary element formulation, called Mixed Boundary Element Formulation, for two dimensional elastostatic problems in which above mentioned relationship is taking into account. The formulations are performed by using discontinuous first and second-order mixed boundary elements. Based on the formulations presented in this study, two computer softwares are developed and verified through some example problems. The results show that the present formulation is credible.
This study presents a 4 node, 11 DOF/node plate element based on higher order shear deformation theory for lamina composite plates. The theory accounts for parabolic distribution of the transverse shear strain through the thickness of the plate. Differential field equations of composite plates are obtained from energy methods using virtual work principle. Differential field equations of composite plates are obtained from energy methods using virtual work principle. These equations were transformed into the operator form and then transformed into functions with geometric and dynamic boundary conditions with the help of the Gâteaux differential method, after determining that they provide the potential condition. Boundary conditions were determined by performing variational operations. By using the mixed finite element method, plate element named HOPLT44 was developed. After coding in FORTRAN computer program, finite element matrices were transformed into system matrices and various analyzes were performed. The current results are verified with those results obtained in the previous work and the new results are presented in tables and graphs.
In two dimensional incompressible flows, a preconditioning technique called Hierarchical Iterative Procedure(HIP) has been implemented on a stabilized finite element formulation. The stabilization has been peformed by a modified residual method proposed by Illinca et. al.[3]. The stabilization which is necessary to escape from the LBB constraint renders an equal order formulation. In this paper, we increased the order of interpolation whithin an element up to cubic. The conjugate gradient squared(CGS) method is used for the outer iteration, and the HIP for the preconditioning for the incompressible Navier-Stokes equation. The hierarchical elements has been used to achieve a higher order accuracy in fluid flow analyses, but a proper efficient iterative procedure for higher order finite element formulation has not been available so far. The numerical results by the present HIP for the lid driven cavity flow showed the present procedure to be stable, very efficient and useful in flow analyses in conjunction with hierarchical elements.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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