In this paper, a conjugate heat transfer around cylinder with heat generation was investigated. Both forced convection and conduction was considered in the present finite element simulation. A finite element formulation based on SIMPLE type algorithm was adopted for the solution of the incompressible Navier-Stokes equations. We compared the finite element solution with that of Ansys fluent 12.0, in which finite volume method was employed for spatial discretization. It was found that the finite element method gave more accurate solution than Ansys fluent 12.0. Further, it was found that the maximum temperature inside cylinder is positioned at the rear side due to the flow separation.
In [6, 7] they introduced a new finite element method for accurate numerical solutions of Poisson equations with corner singularities. They consider the Poisson equations with homogeneous boundary conditions, compute the finite element solutions using standard FEM and use the extraction formula to compute the stress intensity factor(s), then they posed new PDE with a regular solution by imposing the nonhomogeneous boundary condition using the computed stress intensity factor(s), which converges with optimal speed. From the solution they could get an accurate solution just by adding the singular part. They considered a partial differential equation with the input function f ∈ L2(Ω). In this paper we consider a PDE with the input function f ∈ H1(Ω) and find the corresponding singular and dual singular functions. We also induce the corresponding extraction formula which are the basic element for the approach.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.4
no.1
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pp.1-8
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2013
The finite element analysis (FEA) is a numerical technique to find solutions of field problems. A field problem is approximated by differential equations or integral expressions. In a finite element, the field quantity is allowed to have a simple spatial variation in terms of linear or polynomial functions. This paper represents a review and an accuracy-study of the finite element method comparing the FEA results with the exact solution. The exact solutions were calculated by solid mechanics and FEA using matrix stiffness method. For this study, simple bar and cantilever models were considered to evaluate four types of basic elements - constant strain triangle (CST), linear strain triangle (LST), bi-linear-rectangle(Q4),and quadratic-rectangle(Q8). The bar model was subjected to uniaxial loading whereas in case of the cantilever model moment loading was used. In the uniaxial loading case, all basic element results of the displacement and stress in x-direction agreed well with the exact solutions. In the moment loading case, the displacement in y-direction using LST and Q8 elements were acceptable compared to the exact solution, but CST and Q4 elements had to be improved by the mesh refinement.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.30
no.5
s.248
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pp.568-575
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2006
The present paper provides plastic limit load solutions of axial and circumferential through-wall cracked pipes based on detailed three-dimensional (3-D) finite element (FE) limit analysis using elastic-perfectly-plastic behavior. As a loading condition, axial tension, global bending moment, internal pressure, combined tension and bending and combined internal pressure and bending are considered for circumferential through-wall cracked pipes, while only internal pressure is considered for axial through-wall cracked pipes. Especially, more emphasis is given for through-wall cracked pipes subject to combined loading. Comparisons with existing solutions show a large discrepancy in short through-wall crack (both axial and circumferential) for internal pressure. In the case of combined loading, the FE limit analyses results show thickness effect on limit load solutions. Furthermore, the plastic limit load solution for circumferential through-wall cracked pipes under bending is applied to derive plastic $\eta\;and\;{\gamma}$-factor of testing circumferential through-wall cracked pipes to estimate fracture toughness. Being based on detailed 3-D FE limit analysis, the present solutions are believed to be meaningful fur structural integrity assessment of through-wall cracked pipes.
In this paper, we derive the nonlinear equation for European option pricing containing liquidity risk which can be defined as the inverse of the partial derivative of the underlying asset price with respect to the amount of assets traded in the efficient market. Numerical solutions are obtained by using finite element method and compared with option prices of KOSPI200 Stock Index. These prices computed with liquidity risk are considered more realistic than the prices of Black-Scholes model without liquidity risk.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2003.05a
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pp.461-464
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2003
A new control volume finite element method is proposed for three dimensional analysis of polymer flow. Tetrahedral finite element is employed and co-located interpolation procedure for pressure and velocity is implemented. Inclusion of pressure gradient term in the velocity shape functions prevents the checkerboard pressure field from being developed. Vectorial nature of pressure gradient is considered in the velocity shape function so that velocity profile in the limit of very small Reynolds number becomes physically meaningful. The proposed method was verified through three dimensional simulation of pipe flow problem for Newtonian and power-law fluid. Calculated pressure and velocity field showed an excellent agreement with analytic solutions for pressure and velocity. Driven-cavity problem, which is reported to yield checkerboard pressure filed when conventional finite element method is applied, could be solved without yielding checkerboard pressure field when the proposed control volume finite element method was applied. The proposed method could be successfully applied to the three dimensional mold filling problem.
In the present study, the axial vibration of the nanorods is investigated in the framework of the doublet mechanics theory. The equations of motion and boundary conditions of nanorods are derived by applying the Hamilton principle. A finite element method is developed to obtain the vibration frequencies of nanorods for different boundary conditions. A two-noded higher order rod finite element is used to solve the vibration problem. The natural frequencies of nanorods obtained with the present finite element analysis are validated by comparing the results of classical doublet mechanics and nonlocal strain gradient theories. The effects of rod length, mode number and boundary conditions on the axial vibration frequencies of nanorods are examined in detail. Mode shapes of the nanorods are presented for the different boundary conditions. It is shown that the doublet mechanics model can be used for the dynamic analysis of nanotubes, and the presented finite element formulation can be used for mechanical problems of rods with unavailable analytical solutions. These new results can also be used as references for the future studies.
Y. Xiang;Wang, C.M.;T. Utsunomiya;C. Machimdamrong
Computational Structural Engineering : An International Journal
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v.1
no.1
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pp.49-57
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2001
This paper presents exact solutions for the modal stress-resultant distributions for vibrating rectangular Mindlin plates involving two opposite sides simply supported while the other two sides free. These exact stress-resultants of vibrating plates with free edges, hitherto unavailable, are very important because they serve as benchmark solutions for checking numerical solutions and methods. Using the exact solutions of a square plate, this paper highlights the problem of determining accurate stress-resultants, especially the transverse shear forces and twisting moments in thin plates, when employing the widely used numerical methods such as the Ritz method and the finite element method. Thus, this study shows that there is a need for researchers to develop refinements to the Ritz method and the finite element method for determining very accurate stress-resultants in vibrating plates with free edges.
Dash, Sushmita;Mehar, Kulmani;Sharma, Nitin;Mahapatra, Trupti R.;Panda, Subrata K.
Structural Engineering and Mechanics
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v.68
no.6
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pp.721-733
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2018
The modal frequency responses of functionally graded (FG) sandwich doubly curved shell panels are investigated using a higher-order finite element formulation. The system of equations of the panel structure derived using Hamilton's principle for the evaluation of natural frequencies. The present shell panel model is discretised using the isoparametric Lagrangian element (nine nodes and nine degrees of freedom per node). An in-house MATLAB code is prepared using higher-order kinematics in association with the finite element scheme for the calculation of modal values. The stability of the opted numerical vibration frequency solutions for the various shell geometries i.e., single and doubly curved FG sandwich structure are proven via the convergence test. Further, close conformance of the finite element frequency solutions for the FG sandwich structures is found when compared with the published theoretical predictions (numerical, analytical and 3D elasticity solutions). Subsequently, appropriate numerical examples are solved pertaining to various design factors (curvature ratio, core-face thickness ratio, aspect ratio, support conditions, power-law index and sandwich symmetry type) those have the significant influence on the free vibration modal data of the FG sandwich curved structure.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.10
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pp.2398-2406
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1993
Abdi's numerical method(ref.13) for representing a stress singularity by shifting the mid-side nodes of isoparametric elements is reviewed. A simple technique to obtain the optimal position of the mid-side nodes in quadratic isoparametric finite element is presented. From this technique we can directly obtain the position of the side-nodes adjacent to the crack tip. It is also observed that the present technique provides good accuracy for the expression of the opening displacement and the determination of the mid-side nodes for more wide range of material properties than that obtained by Abdicant the finite element method is applied to determine stress intensity factors for pressurized crack perpendicular to and terminating at the interface of two bonded dissimilar materials. A proper definition for stress intensity factors of a crack perpendicular to bimaterial interface is provided. It is based upon a near-tip displacement solutions on the crack surface for interface crack between two dissimilar materials. Numerical testing is carried out with the eight-node and six-node elements. The results obtained are compared with the previous solutions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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