The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers B
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v.52
no.7
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pp.307-314
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2003
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 finite element method with edge element. The results of sensitivity analysis are used as the input data of the structural analysis to calculate the relocation of the nodal points. This method makes it possible that the new mesh of analysis region can be obtained from the initial mesh without regeneration. The proposed algorithm is applied to the shape optimization of 3D electromagnet pole to net a uniform flux density at the target region.
In the finite element analysis of metal forming Processes using general Lagrangian formulation, element nodes in the mesh move and elements are distorted as the material is deformed. The excessive degeneracy of mesh interrupts finite element analysis and thus increases the error of plastic deformation energy, In this study, a remeshing scheme using so-called mesh compression method is proposed to effectively analyze the flash which is generated usually in hot forging processes. In order to verify the effectiveness of the method, several examples are tested in two-dimensional and three-dimensional problems.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2000.04a
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pp.89-92
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2000
In this paper, an effective procedure is presented for the local recovery of displacements and stresses in multilayered composite panels, which incorporate the local refinement using mesh superposition. The mesh superposition method is used to refine the global coarse mesh by superimposing refined mesh to the localized zone of interest without transition zones. The finite element model used is a solid element based on the Hellinger-Reissner variational principle. The a posteriori computation of the through-the-thickness distributions of displacements and stresses is achieved using a predictor-corrector procedure. The procedure utilizes the superconvergent stresses and nodal displacements of the finite element patch. The element patch is generated by locally superimposing a refined local mesh to the coarse global mesh.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.7
s.178
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pp.1763-1770
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2000
A finite element interface system for the design of optimal spot welding locations has been developed. In order to find out the optimal locations of spot welding points, iterative finite element an alyses are necessary, and thus automatic generation of finite element model for the structures with spot welded pointsis required. In this interface system, quadrilateral shell elements are automatically generated for finite element analysis of spot welded structured, which employs a domain decomposition methodand adaptive mesh(h-method).
The substructuring technique is one of the efficient methods for reducing computational effort and memory usage in the finite element method, especially in large-scale structures. Proper mesh partitioning plays a key role in the efficiency of the technique. In this study, new algorithms are proposed for mesh partitioning based on an element search technique. The computational cost function is optimized by aligning each element of the structure to a proper substructure. The genetic algorithm is employed to minimize the boundary nodes of the substructures. Since the boundary nodes have a vital performance on the mesh partitioning, different strategies are proposed for the few number of substructures and higher number ones. The mesh partitioning is optimized considering both computational and memory requirements. The efficiency and robustness of the proposed algorithms is demonstrated in numerous examples for different size of substructures.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.7
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pp.1408-1415
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2002
In this paper, we investigate the effect and the importance of the accuracy of finite element analysis in the shape optimization based on the finite element method and improve the existing finite element which has inaccuracy in some cases. And then, the shape optimization is performed by using the improved finite element. One of the main stream to improve finite element is the prevention of locking phenomenon. In case of bending dominant problems, finite element solutions cannot be reliable because of shear locking phenomenon. In the process of shape optimization, the mesh distortion is large due to the change of the structure outline. So, we have to raise the accuracy of finite element analysis for the large mesh distortion. We cannot guarantee the accurate result unless the finite element itself is accurate or the finite elements are remeshed. So, we approach to more accurate shape optimization to diminish these inaccuracies by improving the existing finite element. The shape optimization using the modified finite element is applied to a two and three dimensional simple beam. Results show that the modified finite element has improved the optimization results.
The finite element method is one of the methods widely applied for predicting vibration in mechanical structures. In this paper, the effect of the mesh size of the finite element model on the accuracy of the numerical solutions of the structural vibration problems is investigated with particular focus on obtaining the optimal mesh size with respect to the solution accuracy and computational cost. The vibration response parameters of the natural frequency, modal density, and driving point mobility are discussed. For accurate driving point mobility calculation, the decay method is employed to experimentally determine the internal damping. A uniform plate simply supported at four corners is examined in detail, in which the response parameters are calculated by constructing finite element models with different mesh sizes. The accuracy of the finite element solutions of these parameters is evaluated by comparing with the analytical results as well as estimations based on the statistical energy analysis, or if not available, by testing the numerical convergence. As the mesh size becomes smaller than one quarter of the wavelength of the highest frequency of interest, the solution accuracy improvement is found to be negligible, while the computational cost rapidly increases. For mechanical structures, the finite element analysis with the mesh size of the order of quarter wavelength, combined with the use of the decay method for obtaining internal damping, is found to provide satisfactory predictions for vibration responses.
Korean Journal of Computational Design and Engineering
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v.14
no.3
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pp.197-206
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2009
In a finite element analysis of the metal forming processes having large plastic deformation, largely distorted elements are unstable and hence they influence upon the result toward negative way so that adaptive remeshing is required to avoid a failure in the numerical computation. Therefore automatic mesh generation and regeneration is very important to avoid a numerical failure in a finite element analysis. In case of generating quadrilateral mesh, the automation is more difficult than that of triangular mesh because of its geometric complexity. However its demand is very high due to the precision of analysis. Thus, in this study, an automatic quadrilateral mesh generation and regeneration method using grid-based approach is developed. The developed method contains decision of grid size to generate initial mesh inside a two dimensional domain, classification of boundary angles and inner boundary nodes to improve element qualities in case of concave domains, and boundary projection to construct the final mesh.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1997.10a
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pp.65-72
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1997
This study is the bending analysis of rectangular plates with 4-sides simply supported by Finite Element Method using substructuring technique. In finite element method, as the more number of finite element, the more dimension of matrix, it is difficult to obtain accuracy solution. In this paper substructuring technique is applied to finite element method in order to reduce the dimension of matrix according to the number of finite element mesh. To validate finite element method using substructuring technique, deflections and moments of rectangular plates by that method is compared with those of references. Considering the symmetry of the plate and load, one fourth of plate is analyzed. Operating time and the error of solutions according to the number of finite element mesh and substructure are compared with each other.
The use of metric trial functions to represent the real stress field in what is called the unsymmetric finite element formulation is an effective way to improve predictions from distorted finite elements. This approach works surprisingly well because the use of parametric functions for the test functions satisfies the continuity conditions while the use of metric (Cartesian) shape functions for the trial functions attempts to ensure that the stress representation during finite element computation can retrieve in a best-fit manner, the actual variation of stress in the metric space. However, the issue of how to handle situations where there is locking along with mesh distortion has never been addressed. In this paper, we show that the use of a consistent definition of the constrained strain field in the metric space can ensure a lock-free solution even when there is mesh distortion. The three-noded Timoshenko beam element is used to illustrate the principles. Some significant conclusions are drawn regarding the optimal strategy for finite element modelling where distortion effects and field-consistency requirements have to be reconciled simultaneously.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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