This study presents a methodology for the system reliability analysis of cracked structures with random material properties, which are modeled as random fields, and crack geometry under random static loads. The finite element method provides the computational framework to obtain the stress intensity solutions, and the first-order reliability method provides the basis for modeling and analysis of uncertainties. The ultimate structural system reliability is effectively evaluated by the stable configuration approach. Numerical examples are given for the case of random fracture toughness and load.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.18
no.4
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pp.816-826
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2017
In this paper, a generalized discretization scheme is proposed that can derive general-order finite difference equations representing the joint probability density function of dynamic response of stochastic systems. The various order of finite difference equations are applied to solutions of the Fokker-Planck-Kolmogorov (FPK) equation. The finite difference equations derived by the proposed method can greatly increase accuracy even at the tail parts of the probability density function, giving accurate reliability estimations. Compared with exact solutions and finite element solutions, the generalized finite difference method showed increasing accuracy as the order increases. With the proposed method, it is allowed to use different orders and types (i.e. forward, central or backward) of discretization in the finite difference method to solve FPK and other partial differential equations in various engineering fields having requirements of accuracy or specific boundary conditions.
Two-layer coupled or composite beams with discrete shear connectors of finite dimensions are commonly encountered in pre-fabricated construction. This paper presents the development of simplified closed-form solutions for such type of coupled beams for practical applications. A new coupled beam element is proposed to represent the unconnected segments in the beam. General solutions are then developed by an inductive method based on the results from the finite element analysis. A modification is subsequently considered to account for the effect of local deformations. For typical cases where the local deformation is primarily concerned about its distribution over the depth of the coupled beam, empirical modification factors are developed based on parametric calculations using finite element models. The developed analytical method for the coupled beams in question is simple, sufficiently accurate, and suitable for quick calculation in engineering practice.
In [8, 9] they introduced a new finite element method for accurate numerical solutions of Poisson equations with corner singularities. They consider the Poisson equations with corner singularities, compute the finite element solutions using standard Finite Element Methods 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. The error analysis was given in [5]. In their approaches, the singular functions and the extraction formula which give the stress intensity factor are the basic elements. In this paper we consider the biharmonic problems with the cramped and/or simply supported boundary conditions and get the singular functions and its duals and find properties of them, which are the cornerstones of the approaches of [8, 9, 10].
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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1992.03a
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pp.159-176
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1992
Limit analysis has been rendered versatile in many problems such as structural problems and metal forming problems. In metal forming analysis, a slip-line method and an upper bound method approach to limit solutions is considered as the most challenging areas. In the present work, a general algorithm for limit solutions of plastic flow is developed with the use of finite element limit analysis. The algorithm deals with a generalized Holder inequality, a duality theorem, and a combined smoothing and successive approximation in addition to a general procedure for finite element analysis. The algorithm is robust such that from any initial trial solution, the first iteration falls into a convex set which contains the exact solution(s) of the problem. The idea of the algorithm for limit solution is extended from rigid/perfectly-plastic materials to work-hardening materials by the nature of the limit formulation, which is also robust with numerically stable convergence and highly efficient computing time.
This paper studies the effect of vibration characteristics of tube line conveying fluid with the power steering system of bus. We modelled fluid-filled tube line using I-DEAS software to investigate vibration characteristics of the power steering tube line. And we obtained the natural frequency of tube line through finite element analysis. Analytic solutions were compared with experimental solutions to verify finite element model. We tested the tube line to examine an effect of pressure pulse by vane pump and variation of geometry of tube. From both the experimental results and the modeling results for vibration characteristics of the tube line conveying fluid, we confirmed that vibration characteristics induced by pulse propagated along the power steering tube line and resonance occurred around the natural frequency with pulse excitation.
The T-stress of cracks in elastic sheets is solved by using the fractal finite element method (FFEM). The FFEM, which had been developed to determine the stress intensity factors of cracks, is re-applied to evaluate the T-stress which is one of the important fracture parameters. The FFEM combines an exterior finite element model with a localized inner model near the crack tip. The mesh geometry of the latter is self-similar in radial layers around the tip. The higher order Williams series is used to condense the large numbers of nodal displacements at the inner model near the crack tip to a small set of unknown coefficients. Numerical examples revealed that the present approach is simple and accurate for calculating the T-stresses and the stress intensity factors. Some errors of the T-stress solutions shown in the previous literature are identified and the new solutions for the T-stress calculations are presented.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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1995.03a
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pp.233-237
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1995
Effects of frictional laws on finite element solutions in bulk metal forming were investigated in this paper. The Coulomb friction and the constant shear friction law were compared through finite element anlayses of compression of ring and cylinders with different aspect rations, ring-gear forging and hot strip rollin under the isothermal condition. It has been shown that two laws may yield quite different results inthe case that the aspect ration of a process is large, for example , strip rolling and ring -gear forging and that the difference depends mainly on the aspect ratio and the friction.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1998.04a
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pp.449-456
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1998
A consistent finite element formation and analytic solutions are presented for spatial stability of thin-walled circular arch. The total potential energy is derived by applying the principle of linearized virtual work and including second order terms of finite semitangential rotations. As a result the energy functional corresponding to the semitangential rotation is obtained, in which the elastic strain energy terms are considered restrained warping effects. We have obtained analytic solution for the lateral buckling of monosymmetric thin-walled curved beam subjected to pure bending or uniform compression and it's boundary conditions are simply supported. For finite element analysis, the two node cubic Hermitian polynomials are utilized as shape Auctions. In order to illustrate the accuracy of this study, parameter studies for lateral buckling problems of circular arch are presented and compared with available solutions and numerical results analyzed by the FEM using straight beam element.
A mixed degree finite element solutions using hierarchical elements are investigated for convergences on a 2-D simple cases. Elements are generated block by block and each block is assigned an arbitrary solution degree. The numerical study showed that a well constructed blocks can increase the convergence and accuracy of finite element solutions. Also, it has been found that for higher order elements, the convergence trends can be deteriorated for smaller mesh sizes. A procedure for a variable fixed boundary condition has been included.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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