Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.18
no.3
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pp.321-332
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2005
In this paper, the time-domain finite element formulations for axisymmetric linear viscoelastic problems, especially for the viscoelastic hollow sphere and cylinder, under various boundary conditions are presented with the theoretical solutions of them obtained by using the elastic-viscoelastic correspondence principle. It is assumed that the viscoelastic material behaves like a standard linear solid in distortion and elastically in dilatation. Numerical examples are solved based on the spherically symmetric, axisymmetric and plane strain finite element models. Good agreements are obtained between numerical and theoretical solutions, which shows the validity and accuracy of the presented method.
Yaylaci, Murat;Adiyaman, Gokhan;Oner, Erdal;Birinci, Ahmet
Structural Engineering and Mechanics
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v.76
no.3
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pp.325-336
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2020
In this study, the continuous and discontinuous contact problems of functionally graded (FG) layer resting on a rigid foundation were considered. The top of the FG layer was loaded by a distributed load. It was assumed that the shear modulus and the density of the layer varied according to exponential functions along the depth whereas the the Poisson ratio remained constant. The problem first was solved analytically and the results were verified with the ones obtained from finite element (FE) solution. In analytical solution, the stress and displacement components for FG layer were obtained by the help of Fourier integral transform. Critical load expression and integral equation for continuous and discontinuous contact, respectively, using corresponding boundary conditions in each case. The finite element solution of the problem was carried out using ANSYS software program. In continuous contact case, initial separation distance and contact stresses along the contact surface between the FG layer and the rigid foundation were examined. Separation distances and contact stresses were obtained in case of discontinuous contact. The effect of material properties and loading were investigated using both analytical and FE solutions. It was shown that obtained results were compatible with each other.
The base force element method (BFEM) is a new finite element method. In this paper, a degenerated 4-mid-node plane element from concave polygonal element of BFEM was proposed. The performance of this quadrilateral element with 4 mid-edge nodes in the BFEM on complementary energy principle is studied. Four examples of linear elastic analysis for plane frame structure are presented. The influence of aspect ratio of the element is analyzed. The feasibility of the 4 mid-edge node element model of BFEM on complementary energy principles researched for plane frame problems. The results using the BFEM are compared with corresponding analytical solutions and those obtained from the standard displacement finite element method. It is revealed that the BFEM has better performance compared to the displacement model in the case of large aspect ratio.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2000.11a
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pp.517-522
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2000
When a body including a crack inside is subjected to the compressive forces, the crack is closed and sliding occurs on the crack surfaces. In this work, a subsurface crack subjected to a static or moving compressive load is analyzed with the finite element method considering friction on the crack surface. The friction on the crack surface is assumed to follow the Coulomb friction law. A numerical method based on the finite element method and iterative method is applied in this work. And the result is compared with the frictional contact of crack by ANSYS using contact 12 element. The numerical results of two methods are compared with the wellknown analytical solutions, and the accuracy of iterative method is checked..
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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1998.04a
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pp.516-523
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1998
Radiation efficiency of a cylindrical shell whose surface vibrates under harmonic distribution is investigated by theoretical solutions and Boundary Element Method. The vibration modes of a cylindrical shell is determined from experiment and is compared with the result of Finite Element Method. Harmonic vibration response of the cylindrical shell under the point excitation and the radiation phenomena from its response is analyzed by Finite Element Method and Boundary Element Method.
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.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1998.10a
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pp.258-265
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1998
Application of the flat shell element with drilling D.O.F to linear buckling analysis of thin-walled structures is presented in this paper. The shell element has been developed basically by combining a membrane element with drilling D.O.F. and Mindlin plate bending element. Thus, the shell element possesses six degrees-of-freedom per node which, in addition to improvement of the element behavior, permits an easy connection to other six degrees-of-freedom per node elements(CLS, Choi and Lee, 1995). Accordingly, structures like folded plate and stiffened shell structure, for which it is hard to find the analytical solutions, can be analyzed using these developed flat shell elements. In this paper, linear buckling analysis of thin-walled structures like folded plate structures using the shell elements(CLS) with drilling D.O.F. to be formulated and then fulfilled. Subsequently, buckling modes and the critical loads can be output. Finally. finite element solutions for linear buckling analysis of folded plate structures are compared with available analytic solutions and other researcher's results.
Finite Element Method(FEM) is one of the most popularly used method in analyzing the dynamic behaviors of structures. But unless the number of finite elements is large enough, the results from FEM are somewhat different form exact analytical solutions, especially at high frequency range. On the other hand, as the Spectral Element Method(SEM) deals directly with the governing equations of structures, the results from this method cannot but be exact regardless of any frequency range. However, despite two dimensional structures are more general, the SEM has been applied only to the analysis of one dimensional structures so far. In this paper, therefore, new methodologies are introduced to analyze the two dimensional plate structure using SEM. The results from this new method are compared with the exact analytical solutions by letting the two dimensional plate structure be one dimensional and showed the dynamic responses of two dimensional plate by including various waves propagated into x-direction.
Rice's monotone streamline upwind finite element method, which was proposed to treat convection-dominated flows, is applied to the linear triangular element. An alignment technique of unstructured grids with given velocity fields is used to prevent the interpolation error produced in evaluating the convection term in the upwind method. The alignment of grids is accomplished by optimizing a target function defined with the inner-product of a properly chosen side vector in the element with the velocity field. Two pure advection problems are considered to demonstrate the superiorities of the present approach in solving the convection-dominated flow on the unstructured grid. Solutions obtained with aligned grids are much closer to the exact solutions than those with initial regular grids. The capability of the present approach in predicting the appearance of the secondary vortex in the laminar confined jet impingement is shown by comparing streamlines to those produced by SIMPLE on a highly stretched grid toward the impingement plate.
In order to trace the lateral post-buckling behaviors of thin-wafled space frames, a geometrically nonlinear finite element formulation is presented by applying incremental equilibrium equations based on the updated Lagrangian formulation and introducing Vlasov's assumption. The improved displacement field for symmetric thin-walled cross sections is introduced based on inclusion of second order terms of finite rotations, and the potential energy corresponding to the semitangential rotations and moments is consistently derived. For finite element analysis, tangent stiffness matrices of the thinwalled space frame element with 7 degrees of freedom including the restrained warping for each node are derived by using the Hermition polynomials as shape functions. A co-rotational formulation in order to evaluate the unbalanced loads is presented by separating the rigid body rotations and pure deformations from incremental displacements and evaluating the updated direction cosines of the frame element due to rigid body rotations and incremental member forces from pure deformations. Finite element solutions for the spatial buckling and post-buckling analysis of thin-walled space frames are presented and compared with available solutions and other researcher's results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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