This paper presents a 3D shape optimization algorithm for electromagnetic devices using the design sensitivity analysis with finite element method. The structural deformation analysis based on the deformation theory of the elastic body under stress is used for mesh renewing. The design sensitivity and adjoint variable formulae are derived for the 3D nonlinear finite element method with edge element. The proposed algorithm is applied to the shape optimization of 3D electromagnet to get a uniform flux density at the air gap.
Thin-walled adaptive structures render a large and important group of adaptive structures. Typical material system used for them is a composite laminate that includes piezoelectric material based sensors and actuators. The piezoelectric active elements are in the form of thin patches bonded onto or embedded into the structure. Among different types of patches, the paper considers those polarized in the thickness direction. The finite element method (FEM) imposed itself as an essential technical support for the needs of structural design. This paper gives a brief description of a developed shell type finite element for active/adaptive thin-walled structures and the element is, furthermore, used as a tool to consider the aspect of mesh distortion over the surface of actuators and sensors. The aspect is of significance for simulation of behavior of adaptive structures and implementation of control algorithms.
International Journal of Fuzzy Logic and Intelligent Systems
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v.6
no.1
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pp.58-63
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2006
This paper describes a novel automated analysis system for bellows of piping system. An automatic finite element (FE) mesh generation technique, which is based on the fuzzy theory and computational geometry technique, is incorporated into the system, together with one of commercial FE analysis codes and one of commercial solid modelers. In this system, a geometric model, i.e. an analysis model, is first defined using a commercial solid modelers for 3-D shell structures. Node is generated if its distance from existing node points is similar to the node spacing function at the point. The node spacing function is well controlled by the fuzzy knowledge processing. The Delaunay triangulation technique is introduced as a basic tool for element generation. The triangular elements are converted to quadrilateral elements. Practical performances of the present system are demonstrated through several analysis for bellows of piping system.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.2
no.4
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pp.61-66
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2003
An excellent mesh construction is of Importance in yielding good results of finite element analysis. The new mesh generation algorithm, which offsets boundaries inward, was developed on the basis of a looping method. An user interface technique and automatic splitting lines which both divide a given domain into subdomains manually or automatically, were used. In addition, the separation method has advantages to prevent the large scale of element size and to control numbers of nodes and elements. This new mesh generation algorithm was proved in practice.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.57
no.5
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pp.43-49
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2015
Most of agricultural structures located in seashore could not avoid rapid deterioration of concrete because chloride-ion and $CO_2$ gradually penetrate into concrete. However, since most of models can be able to describe the phenomenon of penetration by using one or two dimensional models based on finite difference method (FDM), those modes can not simulate the real geometry and it takes a lot of computational time to complete even the calculation. To overcome those weaknesses, three dimensional numerical model considering time dependent variables such as surface concentration of chloride and diffusion coefficient of domain based on finite element method (FEM) was suggested. This model also included the neutralization occurred by the penetration of $CO_2$. Because the model used various sizes of tetrahedral mesh instead of equivalent rectangular mesh, it reduced the computational time to compare with FDM. As this model is based on FEM, it will be easily extended to execute multi-physics simulation including water evaporation and temperature change of concrete.
Severe element distortion problem is observed in finite element mesh while performing numerical simulations of high velocity steel projectiles penetration/perforation of concrete targets using finite element method (FEM). This problem of element distortion in Lagrangian formulation of FEM can be resolved by using element erosion methodology. Element erosion approach is applied in the finite element program by defining failure parameters as a condition for element elimination. In this study strain parameters for both compression and tension at failure are used as failure criteria. Since no direct method exists to determine these values, a calibration approach is used to establish suitable failure strain values while performing numerical simulations of ogive-nose steel projectile penetration/perforation into concrete target. A range of erosion parameters is suggested and adopted in concrete penetration/perforation tests to validate the suggested values. Good agreement between the numerical and field data is observed.
In this paper, we introduce a uniform mesh method for a Maxwell's equation with discontinuous coefficients. We observe optimal O(h) order for the electric field and O(h) order for the curl.
A new three-dimensional 13-node hexahedral element with rotational degrees of freedom, which is designated as MR-H13 element, is presented. The proposed element is established by adding five nodes to one of the six faces of basic 8-node hexahedral element. The new element can be effectively used in the connection between the refined mesh and the coarser mesh. The derivation of the current element in this paper is based on the variational principles in which the rotation and skew-symmetric stress are introduced as independent variables. Numerical examples show that the performance of the new element is satisfactory.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.22
no.1
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pp.35-44
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2009
This paper describes an application of domain decomposition method for parallel finite element analysis which is required to large scale 3D structural analysis. A parallel finite element method system which adopts a domain decomposition method is developed. Node is generated if its distance from existing node points is similar to the node spacing function at the point. The node spacing function is well controlled by the fuzzy knowledge processing. The Delaunay triangulation method is introduced as a basic tool for element generation. Domain decomposition method using automatic mesh generation system holds great benefits for 3D analyses. Aa parallel numerical algorithm for the finite element analyses, domain decomposition method was combined with an iterative solver, i.e. the conjugate gradient(CG) method where a whole analysis domain is fictitiously divided into a number of subdomains without overlapping. Practical performance of the present system are demonstrated through several examples.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.9
no.3
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pp.83-101
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1992
A systematic method of remeshing is required due to severe mesh distortion after some finite deformation in the finite element analysis of practical forging processes. In order to cope with the problem of mesh degeneracy during deformation, the proper design of meshes plays an improtant role in the analysis. In so-called "Modular Remeshing", the physical characteristics of metal flow and geometric characteristics are incorporated in "Module", which can be applied to the mesh design for a certain mode of deformation in so far as the topology of deforming region remains the same. For the purpose of more effective and systematic use of the modular remeshing scheme, an expert system has been developed in the framework of the proposed remeshing schemel. In oredr to show the effectiveness of the method, the rib-web type forging with axial relief or radial relief and spike forging are simulated. It has been thus shown that the proposed method of automatic remeshing by using modular remeshing and expert system can be futher extended and applied to various forging problems with complicated geometrical configurations.ical configurations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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