In this study, a finite element analysis approach is proposed to predict the fluid-structure interaction behavior of active materials for lithium-ion batteries (LIBs), which are mainly composed of graphite powder. The porous matrix of graphite powder saturated with fluid electrolyte is considered a representative volume element (RVE) model. Three different RVE models are proposed to consider the uncertainty of the powder shape and the porosity. P-wave modulus from RVE solutions are analyzed based on the microstructure and the interaction between the fluid and the graphite powder matrix. From the results, it is found that the large surface area of the active material results in low mechanical properties of LIB, which leads to poor structural durability when subjected to dynamic loads. The results obtained in this study provide useful information for predicting the mechanical safety of a battery pack.
In this study, to obtain basic information for the design of a latent heat storage system, (1) the cylindrical type and the rectangular type of latent heat storage elements were designed, (2) the finite element method was adopted for the prediction of temperature profile of phase change material in heating and cooling process, and (3) experiments were performed to verify the numerical solutions, and then (4) the optimum size of latent heat storage units was predicted by the computer simulation. The results could be summarized as follows : (1) In cooling process, the predicted temperatures of latent heat storage units by computer simulation were in good agreement with measured. (2) The effective diameter of cylindrical element was observed to be 28 mm and the effective thickness of rectangular element was observed to be 21 mm.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.11
no.2
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pp.1-14
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1991
A computer program for the linear elastic buckling anlalysis of thin walled members is developed using a 3-node triangular shell element. The element has real stiffness value for a kinematic degree of freedom associated with rotation about the surface normal at each node. The validity of the present computer program is demonstrated through the plate buckling analysis and the lateral-torsional buckling analysis of a straight beam. Then, simply supported circular arches subjected to uniform bending are analyzed and the results are compared with existing solutions.
This paper will compare $T3{\gamma}_s$ and MITC3 elements, both these two elements are three-node triangular plate bending elements with three degrees of freedom per node. The formulation of the $T3{\gamma}_s$ and MITC3 elements is rather simple and has already been widely used. This paper will prove that the shear strain formulation of these two elements is identical even though they are obtained from two different methods. A single element is used to test the formulation of shear strain matrices. Numerical tests for circular plate cases compared with the exact solutions and with DKMT element will complete this review to verify the performances and show the convergence of these two elements.
A piping system stress analysis need to be re-performed for structural integrity assessment after reinforcement of a pipe with significant wall thinning. For efficient stress analysis, a one-dimensional beam element for the wall-thinned pipe with reinforcement needs to be developed. To develop the beam element, this work presents analytical equations for elastic stiffness of the wall-thinned pipe with reinforcement are analytically derived for axial tension, bending and torsion. Comparison with finite element (FE) analysis results using detailed three-dimensional solid models for wall-thinned pipe with reinforcement shows good agreement. Implementation of the proposed solutions into commercial FE programs is explained.
Minh-Ngoc Nguyen;Wonsik Jung;Soomi Shin;Joowon Kang;Dongkyu Lee
Steel and Composite Structures
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v.47
no.3
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pp.365-374
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2023
This paper presents a new scheme for constructing locking-free finite elements in thick and thin plates, called Discrete Shear Gap element (DSG), using multiphase material topology optimization for triangular elements of Reissner-Mindlin plates. Besides, common methods are also presented in this article, such as quadrilateral element (Q4) and reduced integration method. Moreover, when the plate gets too thin, the transverse shear-locking problem arises. To avoid that phenomenon, the stabilized discrete shear gap technique is utilized in the DSG3 system stiffness matrix formulation. The accuracy and efficiency of DSG are demonstrated by the numerical examples, and many superior properties are presented, such as being a strong competitor to the common kind of Q4 elements in the static topology optimization and its computed results are confirmed against those derived from the three-node triangular element, and other existing solutions.
As FGM (functionally graded material) bars which vibrate in axial or longitudinal direction have great potential for applications in diverse engineering fields, developing a reliable mathematical model that provides very reliable vibration and wave characteristics of a FGM axial bar, especially at high frequencies, has been an important research issue during last decades. Thus, as an extension of the previous works (Hong et al. 2014, Hong and Lee 2015) on three-layered FGM axial bars (hereafter called FGM bars), an enhanced spectral element model is proposed for a FGM bar model in which axial and radial displacements in the radial direction are treated more realistic by representing the inner FGM layer by multiple sub-layers. The accuracy and performance of the proposed enhanced spectral element model is evaluated by comparison with the solutions obtained by using the commercial finite element package ANSYS. The proposed enhanced spectral element model is also evaluated by comparison with the author's previous spectral element model. In addition, the effects of Poisson's ratio on the dynamics and wave characteristics in example FGM bars are numerically investigated.
This paper proposes a one-dimensional fiber beam element model taking account of materially non-linear behavior, benefiting the highly efficient elastic-plastic analysis of girders with shear-lag effects. Based on the displacement-based fiber beam-column element, two additional degrees of freedom (DOFs) are added into the proposed model to consider the shear-lag warping deformations of the slabs. The new finite element (FE) formulations of the tangent stiffness matrix and resisting force vector are deduced with the variational principle of the minimum potential energy. Then the proposed element is implemented in the OpenSees computational framework as a newly developed element, and the full Newton iteration method is adopted for an iterative solution. The typical materially non-linear behaviors, including the cracking and crushing of concrete, as well as the plasticity of the reinforcement and steel girder, are all considered in the model. The proposed model is applied to several test cases under elastic or plastic loading states and compared with the solutions of theoretical models, tests, and shell/solid refined FE models. The results of these comparisons indicate the accuracy and applicability of the proposed model for the analysis of both concrete box girders and steel-concrete composite girders, under either elastic or plastic states.
We present analysis and some computational methods for boundary optimal and feedback control problems for Navier-Stokes equations. We use one example to illustrate our methodology and ideas which are applicable to general control problems for Navier-Stokes equations. First, we discuss the existence of optimal solutions and derive an optimality system of equations from which an optimal solution may be computed. Then we present a gradient type iterative method. Finally, we present some numerical results.
This paper presents a digital modeling technique of the distributed system. The basic idea of the proposed technique is to discretize a continuous system with respect to the spatial coordinates using bilinear method. The response of the discretized system is analyzed by Laplace transform and z-transform. The computational results in torsional shaft and Timoshenko beam using the proposed technique are compared with the exact solutions and the results of finite element method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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