Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.11
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pp.3031-3040
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1995
Two-dimensional incompressible Navier-Stokes equations have been solved by the node-centered finite volume method with the unstructured triangular meshes. The pressure-velocity coupling is handled by the artificial compressibility algorithm due to its computational efficiency associated with the hyperbolic nature of the resulting equations. The convective fluxes are obtained by the Roe's flux difference splitting scheme using edge-based connectivities and higher-order differences are achieved by a reconstruction procedure. The time integration is based on an explicit four-stage Runge-Kutta scheme. Numerical procedures with local time stepping and implicit residual smoothing have been implemented to accelerate the convergence for the steady-state solutions. Comparisons with experimental data and other numerical results have proven accuracy and efficiency of the present unstructured approach.
In this paper, the wake structures behind a square cylinder at the Reynolds number of 22,000 are simulated using the large eddy simulation, and the main features of the wake structure associated with unsteady vortex-shedding are investigated. The Smagorinsky model is used for parametrization of the subgrid scales. The finite element method with isoparametric linear elements is employed in the computations. Unsteady computations are performed using the explicit method with streamline upwind scheme for the advection term. The time integration incorporates a subcycling strategy. No-slip condition is enforced on the wall surface. A comparative study between two-and three-dimensional computations puts a stress on the three-dimensional effects in turbulent flow simulations. Simulated three-dimensional wake structures are compared with numerical and experimental results reported by other researchers. The results include time-averaged, phase-averaged flow fields and numerically visualized vortex-shedding pattern using streaklines. The results show that dynamics of the vortex-shedding phenomenon are numerically well reproduced using the present method of finite element implementation of large eddy simulation.
Vibration reduction of an optical disk drive is achieved by an automatic ball balancer and dynamic behaviors of the drive are studied by theoretical approaches. Using Lagrange's equation, we derive nonlinear equations of motion for a non-autonomous system with respect to the rectangular coordinate. To investigate the dynamic stability of the system in the neighborhood of equilibrium positions, the Floquet theory is applied to the perturbed equations. On the other hand, time responses are computed by an explicit time integration method. We also investigate the effects of mass center and the position of the ABB on the dynamic behaviors of the system.
Since the first family of structure-dependent methods can simultaneously integrate unconditional stability and explicit formulation in addition to second order accuracy, it is very computationally efficient for solving inertial problems except for adopting auto time-stepping techniques due to no nonlinear iterations. However, an unusual stability property is first found herein since its unconditional stability interval is drastically different for zero and nonzero damping. In fact, instability might occur for solving a damped stiffness hardening system while an accurate result can be obtained for the corresponding undamped stiffness hardening system. A technique of using a stability factor is applied to overcome this difficulty. It can be applied to magnify an unconditional stability interval. After introducing this stability factor, the formulation of this family of structure-dependent methods is changed accordingly and thus its numerical properties must be re-evaluated. In summary, a large stability factor can result in a large unconditional stability interval but also lead to a large relative period error. As a consequence, a stability factor must be appropriately chosen to have a desired unconditional stability interval in addition to an acceptable period distortion.
The crashworthiness of vehicles with finite element methods depends on the geometry modeling and the material properties. The vehicle body structures are generally composed of various members such as frames, stamped panels and deep-drawn parts from sheet metals. In order to ensure the impact characteristics of auto-body structures, the dynamic behavior of sheet metals must be examined to provide the appropriate constitutive relation. In this paper, high strain-rate tensile tests have been carried out with a tension type split Hopkinson bar apparatus specially designed for sheet metals. Experimental results from both static and dynamic tests with the tension split Hopkinson bar apparatus are interpolated to construct the Johnson-Cook and a modified Johnson-Cook equation as the constitutive relation, that should be applied to simulation of the dynamic behavior of auto-body structures. Simulation of auto-body structures has been carried out with an elasto-plastic finite element method with explicit time integration. The stress integration scheme with the plastic predictor-elastic corrector method is adopted in order to accurately keep track of the stress-strain relation for the rate-dependent model accurately. The crashworthiness of the structure with quasi-static constitutive relation is compared to the one with the rate-dependent constitutive model. Numerical simulation has been carried out for frontal frames and a hood of an automobile. Deformed shapes and the Impact energy absorption of the structure are investigated with the variation of the strain rate.
A new and efficient implicit scheme is proposed to obtain a steady-state solution in time integration and the comparison of characteristics with the approximation ways for the implicit method to solve the incompressible Navier-Stokes equations is provided. The conservative, finite-volume cell-vertex upwind scheme and artificial compressibility method using dual time stepping for time accuracy is applied in this paper. The numerical results obtained indicate that the direct application of Jacobian matrix to the Lower and upper sweeps of implicit LU-SGS leads to better performance as well as convergence regardless of CFL number and true time step than explicit scheme and approximation of Jacobian matrix. The flow simulation around box in uniform flow with unstructured meshes is demonstrated to check the validity of the current formulation.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2004.04a
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pp.111-118
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2004
For the precise analysis of high velocity impact problem though FEM with element erosive method, the adequate mesh size and critical equivalent plastic strain(EQPS) is chosen prior to the simulation. In this research, it is strongly required from a standpoint that critical EQPS is used to decide whether perforation occurs or not. The optimization of dual armor plate consisting of 4340 steel and 2024 aluminium against a die steel sphere with high-velocity has been suggested using Lagrangian explicit time-integration code, NET2D. The response surface method based on the design of experiment is utilized for the size optimization. The optimized thickness of each layer, in which perforation does not occur, the strength of multi-layer is maximized and total weight is minimized, is obtained at a constant velocity of a pellet with a designated total thickness.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.22
no.1
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pp.121-131
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1998
This paper applies the FE analysis procedure, developed in the Part I of the companion article, to the three-dimensional rubber pad deformation during rubber-pad forming process. Effects of different algorithms corresponding to incompressibility constraint and time integration methods on numerical solution responses are investigated. Laboratory scale experiments support the validity of the developed FE procedure an demonstrate the accuracy of the numerical models. Full scale model responses are also predicted using the reasonable method and parameters obtained in laboratory modeling.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.22
no.1
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pp.111-120
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1998
This paper is the first one of two-parted research efforts focusing on the modeling of rubber pad forming process. The rubber pad, driven by the pressurized fluid during the forming process, pushes the sheet metal to solid tool half and forms a part to final shape. In this part of the paper, a numerical procedure for the FE analysis of the rubber pad deformation is presented. The developed three-dimensional FE model is based on the total Lagrangian description of rubber maerial characterized by nearly incompressible hyper-elastic behavior under a large deformation assumption. Validity of the model as well as effects of different algorithms corresponding to incompresibility constraints and time integration methods on numerical solution responses are also demonstrated.
This paper discusses the measurement of tire driving performance for 2 types of tire model. Tire is almost composed of rubber, and this is related with the bearing capacity of tire due to the external force. In this study, an explicit time integration method has been used to simulate steady state rolling along a straight path and over a cleat. And analysis for tire dynamic response rolling over a cleat is importnat to study automobile NVH properties. Besides, the evaluation of contact shear force is perfomed for steady state rolling and braking state. The results show that there are noticeable differences between 205/60R15 and 225/60R15 tire model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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