Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.9
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pp.1325-1333
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2001
Critical defects in pressure vessels and pipes are generally found in the form of a semi-elliptical surface crack, and the analysis of which is consequently an important problem in engineering fracture mechanics. Furthermore, in addition to the traditional single parameter K or J-integral, the second parameter like T-stress should be measured to quantify the constraint effect. In this work, the validity of the line-spring finite element is investigated by comparing line-spring J-T solutions to the reference 3D finite element J-T solutions. A full 3D-mesh generating program for semi-elliptical surface cracks is employed to provide such reference 3D solutions. Then some structural characteristics of the surface-cracked T and L-joints are studied by mixed mode line-spring finite element. Negative T-stresses observed in T and L-joints indicate the necessity of J-T two parameter approach for analyses of surface-cracked T and L-joints.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2003.05a
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pp.852-857
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2003
This paper has the object of investigating natural frequencies of thick plates on inhomogeneous Pasternak foundation by means of finite element method and providing kinematic design data lot mat of building structures. This analysis was applied for design of substructure on elastic foundation. Mat of building structure may be consisdered as a thick plate on elastic foundation. Recently, as size of building structure becomes larger, mat area of building structure also tend to become target and building structure is supported on inhomogeneous foundation. In this paper, vibration analysis or rectangular thick plate is done by use or serendipity finite element with 8 nodes by considering shearing strain of plate. The solutions of this paper are compared with existing solutions and finite element solutions with 4${\times}$4 meshes of this analysis are shown the error of maximum 0.083% about the existing solutions. It is shown that natrural frequencies depend on not only Winkler foundation parameter but also shear foundation parameter.
The analysis of laterally loaded piles is generally carried out by idealizing the soil mass as Winkler springs, which is a crude approximation; however this approach gives reasonable results for many practical applications. For more precise analysis, the three- dimensional finite element analysis (FEA) is one of the best alternatives. The FEA uses the modulus of elasticity $E_s$ of soil, which can be determined in the laboratory by conducting suitable laboratory tests on undisturbed soil samples. Because of the different concepts and idealizations in these two approaches, the results are expected to vary significantly. In order to investigate this fact in detail, three-dimensional finite element analyses were carried out using different combinations of soil and pile characteristics. The FE results related to the pile deflections are compared with the closed-form solutions in which the modulus of subgrade reaction $k_s$ is evaluated using the well-known $k_s-E_s$ relationship. In view of the observed discrepancy between the FE results and the closed-form solutions, an improved relationship between the modulus of subgrade reaction and the elastic constants is proposed, so that the solutions from the closed-form equations and the FEA can be closer to each other.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.13
no.12
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pp.947-955
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2003
This research analyzes the dynamic stability of stiffened plates on elastic foundations using the finite element method. For analyzing the stiffened plates, both the Mindlin plate theory and Timoshenko beam-column theory were applied. In application of the finite element method, 8-nodes serendipity element system and 3-nodes finite element system were used for plate and beam elements, respectively Elastic foundations were modeled as the Pasternak foundations in which the continuity effect of foundation is considered. In order to verify the theory of this study, solutions obtained by this analysis were compared with the classical solutions in open literature and experimental solutions. The dynamic stability legions of stiffened plates on Pasternak foundations were determined according to changes of in-plane stresses, foundation parameters and dimensions of stiffener.
The Finite Element Solutions Is reported on solid-liquid phase change in porous media with natural convection including freezing. The model is based on volume averaged transport equations, while phase change is assumed to occur over a small temperature range. The FEM (Finite Element Method) algorithm used in this study is 3-step time-splitting method which requires much less execution time and computer storage the velocity-pressure integrated method and the penalty method. And the explicit Lax-Wendroff scheme is applied to nonlinear convective term in the energy equation. For natural convection including melting and solidification the numerical results show reasonable agreement with FDM (Finite Difference Method) results.
In this paper, we propose an automatic procedure to improve the accuracy of finite element solutions using enriched 2D solid finite elements (4-node quadrilateral and 3-node triangular elements). The enriched elements can improve solution accuracy without mesh refinement by adding cover functions to the displacement interpolation of the standard elements. The enrichment scheme is more effective when used adaptively for areas with insufficient accuracy rather than the entire model. For given meshes, an error for each node is estimated, and then proper degrees of cover functions are applied to the selected nodes. A new error estimation method and cover function selection scheme are devised for the proposed adaptive enrichment scheme. Herein, we demonstrate the proposed enrichment scheme through several 2D problems.
In the shape optimization based on the finite element method, the accuracy of finite element analysis of a given structure is important to determine the final shape. In case of a bending dominant problem, finite element solutions by the full integration scheme are not reliable because of the locking phenomenon. Furthermore, in the process of shape optimization, the mesh distortion is large due to the change of the structure outline: therefore, we cannot guarantee the accurate result unless the finite element itself is accurate. 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-dimensional simple beam. Results show that the modified finite element have improved the optimization results.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.26
no.3
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pp.344-352
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2002
In the analysis of the 3 dimensional plate structures by the finite element method, the triangular elements are generally used for the global stiffness matrix of the analyzed system. But the triangular elements of the plates have some problems in the process of formulation and in the precision of analysis. The formulation of the finite element method to analyze 3 dimensional plate structures using quadrilateral elements is presented in this paper. The degree of freedom off nodal point is 6, that is, the displacements in the direction off-y-z is and the rotations about x-y-z axis and then the degree of freedom off element is 24. For the comparison of the analysis using triangular elements and quadrilateral elements, the rectangular plates subjected to the uniform load and a concentrated load on the centroid of the plate, for which the theoretical solutions have been obtained, are analyzed. The calculated deflections of the rectangular plates using the finite element method by the triangular elements and the quadrilateral elements are also compared with the deflections of the plates calculated by theoretical solutions. The defections of the rectangular plates calculated by the finite element method using the quadrilateral elements are closer to the theoretical solutions than the defections calculated by the finite element method using the triangular elements. The deflection of the centroid of plate, calculated by the finite element method, converges to that of theoretical solution as the number of elements is increased. This convergence is much more rapid for the case of using the quakrilateral elements than fir the case of using triangular elements.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2001.05a
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pp.209-212
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2001
It is known that the mim forming processes show somewhat different phenomena compared with the conventional metal forming processes, namely, the size effect, enhanced friction effect and etc. Such typical phenomena, however, are not predicted by the conventional finite element analysis, which has been an efficient numerical tool to predict the metal forming processes. It is due to the fact that the constitutive relations used does not describe the microstructural characteristics of the materials. In the present investigation, the finite element formulation using the rate-dependent rigid plastic crystal plasticity model of the face-centered cubic materials is conducted to predict the micro mechanical behaviors during the mim forming processes. The finite element analysis, however, provides mesh-dependent solutions for the intragranular deformations. Therefore, the couple stress energy is additionally introduced into the variational principle and formulated within the framework of the rigid plastic finite element method to obtain mesh-independent solutions. Micro deformations of single crystal and bicrystal with various orientations are calculated to show the potential of the developed formulation.
The paper investigates beam lateral buckling stability according to linear and non-linear models. Closed form solutions for single-symmetric cross sections are first derived according to a non-linear model considering flexural-torsional coupling and pre-buckling deformation effects. The closed form solutions are compared to a beam finite element developed in large torsion. Effects of pre-buckling deflection and gradient moment on beam stability are not well known in the literature. The strength of singly symmetric I-beams under gradient moments is particularly investigated. Beams with T and I cross-sections are considered in the study. It is concluded that pre-buckling deflections effects are important for I-section with large flanges and analytical solutions are possible. For beams with T-sections, lateral buckling resistance depends not only on pre-buckling deflection but also on cross section shape, load distribution and buckling modes. Effects of pre-buckling deflections are important only when the largest flange is under compressive stresses and positive gradient moments. For negative gradient moments, all available solutions fail and overestimate the beam strength. Numerical solutions are more powerful. Other load cases are investigated as the stability of continuous beams. Under arbitrary loads, all available solutions fail, and recourse to finite element simulation is more efficient.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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