In many CAD systems, NURBS has been employed to construct exact geometries. Recently, NURBS finite element analysis methods were proposed by some authors for convenient connection between CAD and finite element analysis. Additional advantages of NURBS FEA, such as exact geometry and no mesh generation, are obtained. However, NURBS is inefficient in local refinement and merging patches. For refinement of local region in interest, additional control points should be inserted into the entire row or column which contains the local region. There is another inefficiency of NURBS during merging patches into a large structure due to propagation of control points. In order to overcome these inefficiencies of NURBS, T-spline was proposed by Sederberg. In this work, T-spline based finite element method is proposed for efficient local refinement and merging patches. At first, accuracy and efficiency of NURBS FEA is verified and efficiency of T-spline FEA is verified by comparing with NURBS FEA.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.9
no.1
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pp.9-13
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2009
A simple outline for teaching adaptive scheme based finite element method for planar problems as a part of computer aided teaching of structural engineering curriculum is presented. Displacement based finite element formulation for planar problems and representative strain value based adaptive scheme for mesh generation are considered. As examples, a cantilever beam with a concentrated load treated as a planar problem and stretching of a plate with a circular hole are analyzed with displacement based finite element method with adaptive meshes. The examples and outlines show how adaptive based finite element method may become an essential part of computer aided teaching of structural engineering.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2002.04a
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pp.105-112
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2002
A new grid-based approach is presented for automatic generation of hexahedral meshes for simulation of plastic deformation in metal forming. In this approach, special enveloping schemes are applied, to eradicate the sources of the degenerate elements that may appear in a generated mesh. The schemes are described in detail, along with a complete procedure for mesh generation. The capability of the approach to deal with an arbitrary, 3-D process geometry is demonstrated through application to a selected forming problem.
Finite element method (FEM) has been widely used as a useful numerical method that can analyze complex engineering problems in electro-magnetics, mechanics, and others. CEMTool, which is similar to MATLAB, is a command style design and analyzing package for scientific and technological algorithm and a matrix based computation language. In this paper, we present new 3D FEM package in CEMTool environment. In contrast to the existing CEMTool 2D FEM package and MATLAB PDE (Partial Differential Equation) Toolbox, our proposed 3D FEM package can deal with complex 3D models, not a cross-section of 3D models. In the pre-processor of 3D FEM package, a new 3D mesh generating algorithm can make information on 3D Delaunay tetrahedral mesh elements for analyses of 3D FEM problems. The solver of the 3D FEM package offers three methods for solving the linear algebraic matrix equation, i.e., Gauss-Jordan elimination solver, Band solver, and Skyline solver. The post-processor visualizes the results for 3D FEM problems such as the deformed position and the stress. Consequently, with our new 3D FEM toolbox, we can analyze more diverse engineering problems which the existing CEMTool 2D FEM package or MATLAB PDE Toolbox can not solve.
Degradation of reinforced concrete (RC) structures due to chloride penetration followed by reinforcement corrosion has been a serious problem in civil engineering for many years. The numerical simulation methods at present are mainly finite element method (FEM) and finite difference method (FDM), which are based on mesh. Mesh generation in engineering takes a long time. In the present article, the numerical solution of chloride transport in concrete is analyzed using radial point interpolation method (RPIM) and element-free Galerkin (EFG). They are all meshless methods. RPIM utilizes radial polynomial basis, whereas EFG uses the moving least-square approximation. A Galerkin weak form on global is used to attain the discrete equation, and four different numerical examples are presented. MQ function and appropriate parameters have been proposed in RPIM. Numerical simulation results are compared with those obtained from the finite element method (FEM) and analytical solutions. Two case of chloride transport in full saturated and unsaturated concrete are analyzed to test the practical applicability and performance of the RPIM and EFG. A good agreement is obtained among RPIM, EFG, and the experimental data. It indicates that RPIM and EFG are reliable meshless methods for prediction of chloride concentration in concrete structures.
This paper addresses the numerical simulation of fatigue crack growth in arbitrary 2D geometries under constant amplitude loading by the using a new finite element software. The purpose of this software is on the determination of 2D crack paths and surfaces as well as on the evaluation of components Lifetimes as a part of the damage tolerant assessment. Throughout the simulation of fatigue crack propagation an automatic adaptive mesh is carried out in the vicinity of the crack front nodes and in the elements which represent the higher stresses distribution. The fatigue crack direction and the corresponding stress-intensity factors are estimated at each small crack increment by employing the displacement extrapolation technique under facilitation of singular crack tip elements. The propagation is modeled by successive linear extensions, which are determined by the stress intensity factors under linear elastic fracture mechanics (LEFM) assumption. The stress intensity factors range history must be recorded along the small crack increments. Upon completion of the stress intensity factors range history recording, fatigue crack propagation life of the examined specimen is predicted. A consistent transfer algorithm and a crack relaxation method are proposed and implemented for this purpose. Verification of the predicted fatigue life is validated with relevant experimental data and numerical results obtained by other researchers. The comparisons show that the program is capable of demonstrating the fatigue life prediction results as well as the fatigue crack path satisfactorily.
Strip footing is an important type of shallow foundations and is commonly used beneath the walls. Analysis of shallow foundation involves the determination of stresses and deformations. Element free Galerkin method, one of the important mesh free methods, is used for the determination of stresses and deformations. Element free Galerkin method is an efficient and accurate method as compared to finite element method. The Element Free Galerkin method uses only a set of nodes and a description of model boundary is required to generate the discrete equation. Strip footing of width 2 m subjected to a loading intensity of 200 kPa is studied. The results obtained are agreeing with the values obtained using analytical solutions available in the literature. Parametric study is done and the effect of modulus of deformation, Poisson's ratio and scaling parameter on deformation and stresses are determined.
Filho, Joao Elias Abdalla;Belo, Ivan Moura;Pereira, Michele Schunemann
Structural Engineering and Mechanics
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v.28
no.5
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pp.603-633
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2008
A four-node plate finite element for the analysis of laminated composites which is developed using strain gradient notation is presented. The element is based on a first-order shear deformation theory and on the equivalent lamina assumption. Strains and stresses can be calculated at different points through the thickness of the plate. They are averaged values due to the equivalent lamina assumption. A shear correction factor is used as the transverse shear strain is taken to be constant over the plate thickness while its actual variation is parabolic. Strain gradient notation, which is physically interpretable, allows for the detailed a-priori analysis of the finite element model. The polynomial expansions are inspected and spurious terms responsible for modeling errors are identified in the shear strains polynomial expansions. The element is corrected by simply removing the spurious terms from the shear strains expansions. The element is implemented into a FORTRAN finite element code in two versions; namely, with and without spurious terms. Results are compared to show the effects of the spurious terms on the solutions. It is also shown that a refined mesh composed of corrected elements provides solutions which approximate very well the analytical solutions, validating the procedure.
We refer to the saturation assumptions on the finite element approximation for a one dimensional convection-diffusion model. By examining piecewise linear finite elements with refined mesh by half and hierarchical bases, we verify the saturation results, respectively.
In this paper, an automatic adaptive mesh refinement procedure is presented for two-dimensional problems on the basis of a new probabilistic error estimator. First-order perturbation theory is employed to determine the lower and upper bounds of the structural displacements and stresses considering uncertainties in geometric sizes, material properties and loading conditions. A new probabilistic error estimator is proposed to reduce the mesh dependency of the responses dispersion. The suggested error estimator neglects the refinement at the critical points with stress concentration. Therefore, the proposed strategy is combined with the classic adaptive mesh refinement to achieve an optimal mesh refined properly in regions with either high gradients or high dispersion of the responses. Several numerical examples are illustrated to demonstrate the efficiency, accuracy and robustness of the proposed computational algorithm and the results are compared with the classic adaptive mesh refinement strategy described in the literature.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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