The extended finite element scheme applied to crack problems is reviewed in this paper. As the enrichments of the solution space and the basic formulation are discussed, several examples of the application of the method are given. The examples include a LEFM crack, a cohesive crack, multiple LEFH cracks and dynamic crack propagation problems. It is shown that the extended finite element method is one of the powerful tools to study crack problems.
This paper deals with the applicability of extended layerwise optimization method (ELOM) for frequency optimization of laminated composite plates. The design objective is the maximization of the fundamental frequency of the laminated plates. The fibre orientations in the layers are considered as design variables. The first order shear deformation theory (FSDT) is used for the finite element solution of the laminates. Finally, the numerical analysis is carried out to show the applicability of extended layerwise optimization algorithm of laminated plates for different parameters such as plate aspect ratios and boundary conditions.
장파와 단파의 거동을 동시에 모의할 수 있는 확장형 Boussinesq 방정식에 대한 유한요소모형을 개발하였다. 3차 공간 미분항을 처리하기 위한 추가변수를 도입하고 Galerkin 가중잔차방법을 적용하여 모형을 수립하였으며, 시간적분방법으로 Adams-Bashforth-Moulton Predictor Corrector 기법을 적용하여 비물리적인 수치분산이나 수치소산 현상을 줄일 수 있도록 하였다. 이 개발된 모형을 검증하기 위해 고립파가 전파하는 문제에 적용을 하였다. 개발된 모형을 적용한 결과 이론해 또는 수리실험 결과에 매우 양호한 일치를 보였다.
범용유한요소프로그램인 Abaqus의 확장유한요소법(XFEM)의 사용성 검증을 위하여 2차원 모델에 적용하여 수치해석을 수행하였다. 기존의 연구에 많이 사용되었던 응집요소(cohesive element) 모델은 균열 경로를 예측하고 요소를 삽입하여야 하는 단점 때문에 실제 균열을 모사하는데 한계가 있다. 이러한 이유로 응력의 방향성 및 특이성을 바탕으로 균열의 경로를 예측하는 확장유한요소법(XFEM)이 균열 해석에 있어서 더 발전된 방법으로 이용되어 왔다. 이번 연구에서는 균열의 경로가 자명한 2차원 모델에 사용하여 응집요소해석과 XFEM에 응집요소의 물성을 적용한 해석을 비교하고 XFEM 적용의 타당성을 확인하였다. 수치해석으로 균열 발생 직전의 응력분포 및 응력 특이성을 확인하고 실제 균열 발생경로와의 비교를 한다. 본 연구를 바탕으로 몇 가지의 한계를 극복하면 실제 복잡한 모델의 실제 균열진전해석을 수행하여 균열을 모사할 수 있을 것으로 기대된다.
This paper presents a modeling technique of cracks by combined extended and superposed finite element method (XSFEM) which is a combination of the extended finite element method (XFEM) and the mesh superposition method (sversion FEM). In the proposed method, the near-tip field is modeled by a superimposed patch consisting of quarter point elements and the rest of the discontinuity is treated by the XFEM. The actual crack opening in this method is measured by the sum of the crack openings of XFEM and SFEM in transition region. This method retains the strong point of the XFEM so it can avoid remeshing in crack evolution and trace the crack growth by translation or rotation of the overlaid mesh and the update of the nodes to be enriched by step functions. Moreover, the quadrature of the Galerkin weak form becomes simpler. Numerical experiments are provided to demonstrate the effectiveness and robustness of the proposed method.
This article proposes a new methodology for identifying beam damage based on changes in modal parameters using the Double Stage Extended Improved Particle Swarm Optimization (DSEIPSO) technique. A finite element code is first developed in MATLAB to model an ideal beam structure based on classical beam theory. An experimental study is then performed on a laboratory-scale beam, and the modal parameters are extracted. An improved version of the PSO algorithm is employed to update the finite element model based on the experimental measurements, representing the real structure and forming the baseline model for all further damage detection. Subsequently, structural damages are introduced in the experimental beam. The DSEIPSO algorithm is then utilized to optimize the objective function, formulated using the obtained mode shapes and the natural frequencies from the damaged and undamaged beams to identify the exact location and extent of the damage. Experimentally obtained resultsfrom a simple cantilever beam are used to validate the effectiveness of the proposed method. The illustrated results show the effectiveness of the proposed method for structural damage detection in the SHM field.
Zagane Mohammed El Sallah;Moulgada Abdelmadjid;Sahli Abderahmane;Baltach Abdelghani;Benouis Ali
Advances in materials Research
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제12권4호
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pp.273-286
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2023
The fracture mechanics make it possible to characterize the behavior with cracking of structures using parameters quantifiable in the sense of the engineer, in particular the stress field, the size of the crack, and the resistance to cracking of the material. Any structure contains defects, whether they were introduced during the production of the part (machining or molding defects for example). The aim of this work is to determine numerically by the finite element method the stress concentration factor Kt of a plate subjected to a tensile loading containing a lateral form defect with different sizes: a semicircle of different radii, a notch with different opening angles and a crack of different lengths. The crack propagation is then determined using the extended finite element technique (X-FEM). The modeling was carried out using the ABAQUS calculation code.
Periodic lattice structures such as the large space lattice structures and carbon nanotubes may take the extension-transverse shear-bending coupled vibrations, which can be well represented by the extended Timoshenko beam theory. In this paper, the spectrally formulated finite element model (simply, spectral element model) has been developed for extended Timoshenko beams and applied to some typical periodic lattice structures such as the armchair carbon nanotube, the periodic plane truss, and the periodic space lattice beam.
This paper presents a newly suggested calculation method in which an arbitrary quadrilateral element with curved sides is transformed to a normal rectangular one by mapping of coordinates, then the two-dimensional spline is adopted to approach the displacement function of this element. Finally the solution can be obtained by the least-energy principle. Thereby, the application field of Spline Finite Element Method will be extended.
Periodic lattice structures such as the large space lattice structures and carbon nanotubes may take the extension-transverse shear-bending coupled vibrations, which can be well represented by the extended Timoshenko beam theory. In this paper, the spectrally formulated finite element model (simply, spectral element model) has been developed for extended Timoshenko beams and applied to some typical periodic lattice structures such as the armchair carbon nanotube, the periodic plane truss, and the periodic space lattice beam.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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