Finite element analysis is very important in the design and analysis of mechanical engineering. The process of FEA encompasses shape modeling, mesh generation, matrix solving and post-processing. Some of these processes can be tightly integrated with the current software architectures and data sharing mode. However, complete integration of all the FEA process itself and the integration to the manufacturing processes is almost impossible in the current practice. The barriers to this problem are inconsistent data format and the enterprise-wise software integration technology. In this research, the information model based on STEP AP209 was chosen for handling finite element analysis data. The international standard for the FEA data can bridge the gap between design, analysis and manufacturing processes. The STEP-based FEA system can be further tightly integrated to the distributed software and database environment using CORBA technology. The prototype FEA system DICESS is implemented to verify the proposed concepts.
In many CAD systems, NURBS has been employed to construct exact geometries. Recently, NURBS finite element analysis methods were proposed by some authors for convenient connection between CAD and finite element analysis. Additional advantages of NURBS FEA, such as exact geometry and no mesh generation, are obtained. However, NURBS is inefficient in local refinement and merging patches. For refinement of local region in interest, additional control points should be inserted into the entire row or column which contains the local region. There is another inefficiency of NURBS during merging patches into a large structure due to propagation of control points. In order to overcome these inefficiencies of NURBS, T-spline was proposed by Sederberg. In this work, T-spline based finite element method is proposed for efficient local refinement and merging patches. At first, accuracy and efficiency of NURBS FEA is verified and efficiency of T-spline FEA is verified by comparing with NURBS FEA.
This paper presents a discussion of the Finite Element Analysis (FEA) when applied for the analysis of concrete elements reinforced with glass fibre reinforced polymer (GFRP) bars. The purpose of such nonlinear FEA model development is to create a tool that can be used for numerical parametric studies which can be used to extend the existing (and limited) experiment database. The presented research focuses on the numerical analyses of concrete beams reinforced with GFRP longitudinal and shear reinforcements. FEA of concrete members reinforced with linear elastic brittle reinforcements (like GFRP) presents unique challenges when compared to the analysis of members reinforced with plastic (steel) reinforcements, which are discussed in the paper. Specifically, the behaviour and failure of GFRP reinforced members are strongly influenced by the compressive response of concrete and thus modelling of concrete behaviour is essential for proper analysis. FEA was performed using the commercial software ABAQUS. A damaged-plasticity model was utilized to simulate the concrete behaviour. The influence of tension, compression, dilatancy, mesh, and reinforcement modelling was studied to replicate experimental test data of beams previously tested at the University of Waterloo, Canada. Recommendations for the finite element modelling of beams reinforced with GFRP longitudinal and shear reinforcements are offered. The knowledge gained from this research allows for the development of a rational methodology for modelling GFRP reinforced concrete beams, which subsequently can be used for extensive parametric studies and the formation of informed recommendations to design standards.
In this study, a fmite element model was developed for analysis of feeding a structure in open loop control The finite element analysis (FEA) can simulate dynamic behavior of the structure of a machine tool rapidly traveling with a screw feeding driving system. The feeding mechanism was implemented with screw element of the FEA tool used in this study. The procedure was developed for the dynamic transient FEA. First, motion parameters such as jerk and velocity were introduced for the structure to be fed in open loop control When its traveling distance was determined, set-points for the distance were generated based on the motion parameters. The set-points were applied to the FE model constructed for the traveling structure. The FEA was executed and evaluated. In this study, the FEA procedure was applied to the column of a machine tool and the dynamic behavior of the column was evaluated. The FEA helps in evaluation of the motion characteristics of a structure. The convergence time of the structure vibration posterior to feeding termination can be estimated and the stiffness of the flexible structure is also evaluated against jerk, and acceleration. It provides the feeding force which is helpful in selection of the feeding motor.
This paper presents dynamic analysis of FCEV (Fuel Cell Electric Vehicle) Turbo Blower. To analyze the dynamic characteristics of Turbo Blower, finite element model which consists of solid elements is constructed. Evaluation of stress for safety of rotor sleeve due to centrifugal force, Shrink fit analysis in maximum rotation speed is performed. Rotor dynamic analysis of Turbo blower is conducted using Campbell diagram and FEA (Finite element analysis) results are compared with experimental results to evaluate of validity of finite element model. To evaluate of Structure vibration characteristics, Modal analysis and forced vibration analysis are performed through FEA and experiment.
Kim, Kun-Soo;Han, Oneil;Gombosuren, Munkhtulga;Kim, Sang-Hyo
Steel and Composite Structures
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제31권1호
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pp.53-67
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2019
This study presents finite element analysis (FEA) on a Y-type perfobond rib shear connection using Abaqus software. The performance of a shear connection is evaluated by conducting a push-out test. However, in practice, it is inefficient to verify the performance by conducting a push-out test with regard to all design variables pertaining to a shear connector. To overcome this problem, FEA is conducted on various shear connectors to accurately estimate the shear strength of the Y-type perfobond rib shear connection. Previous push-out test results for 14 typical push-out test specimens and those obtained through FEA are compared to analyze the shear behavior including consideration of the design variables. The results show that the developed finite element model successfully reflects the effects of changes in the design variables. In addition, using the developed FEA model, the shear resistance of a stubby Y-type perfobond rib shear connector is evaluated based on the concrete strength and transverse rebar size variables. Then, the existing shear resistance formula is upgraded based on the FEA results.
In this study, an analytical model was developed for one-dimensional finite element analysis (1D FEA) of a spindle system of machine tools and then implemented to automate the FEA as a tool. FEA, with its vibration characteristics such as natural frequencies and modes, was performed using the universal FEA software ANSYS. VBA of EXCEL was used to provide the programming environment for its implementation. This enabled graphic user interfaces (GUIs) to be developed to allow interactions of users with the tool and, in addition, an EXCEL spreadsheet to be linked with the tool for data arrangement. The language of ANSYS was used to develop a code to perform the FEA. It generates an analytical model of the spindle system based on the information at the GUIs and subsequently performs the FEA based on the model. Automation helps identify the near-optimal design of the spindle system with minimum time and efforts.
본 논문은 Contour Crafting(CC) 프로세스의 압출과 적층 단계에서 물질 흐름의 형태를 연구하기 위한 실험과 모델링을 보여준다. 특히, 실험재료로써 진흙을 이용한 압출과 적층 메커니즘을 이해하기 위하여 기초적인 유한성분분석(FEA)을 실행하였다. FEA 시뮬레이션을 이용한, CC의 성능에 있어서 압출구멍의 기하학적인 효과에 대한 분명하고 기본적인 이해를 하게 되었다. 네모난 형상이 원하는 외부 표면특성을 만드는 것뿐만 아니라, 그리고 층간에 최적의 융합을 수행하는데 있어서 가장 적합하다는 것을 알아냈다. 우리의 실험은 이 결과들을 증명한다.
Ran Feng;Tao Yang;Zhenming Chen;Krishanu Roy;Boshan Chen;James B.P. Lim
Steel and Composite Structures
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제46권3호
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pp.353-366
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2023
This paper presents a finite-element analysis (FEA) of aluminum alloy rectangular hollow sections (RHSs) and square hollow sections (SHSs) with circular through-openings under three-point and four-point bending. First, a finite-element model (FEM) was developed and validated against the corresponding test results available in the literature. Next, using the validated FE models, a parametric study comprising 180 FE models was conducted. The cross-section width-to-thickness ratio (b/t) ranged from 2 to 5, the hole size ratio (d/h) ranged from 0.2 to 0.8 and the quantity of holes (n) ranged from 2 to 6, respectively. Third, results obtained from laboratory test and FEA were compared with current design strengths calculated in accordance with the North American Specifications (NAS), the modified direct strength method (DSM) and the modified Continuous strength method (CSM). The comparison shows that the modified CSM are conservative by 15% on average for aluminum alloy RHSs and SHSs with circular through-openings subject to bending. Finally, a new design equation is proposed based on the modified CSM after being validated with results obtained from laboratory test and FEA. The proposed design equation can provide accurate predictions of flexural capacities for aluminum alloy RHSs and SHSs with circular through-openings.
This paper deals with optimum design of surface mounted permanent magnet synchronous motor (SPMSM) for automotive component. For a compact system structure, it was designed as a motor with a 14-pole 12-slot concentrated winding and hollow shaft. The motor is a thin type structure which stator outer diameter is relatively large compared to its axial length and is designed to have a high magnetic saturation for increasing the torque density. Since the high magnetic saturation in the stator core increases the axial leakage flux, a 3-dimensional (3-D) finite element analysis (FEA) is indispensable for torque analysis. However, optimum designs using 3-D FEA is inefficient in terms of time and cost. Therefore, equivalent 2-D FEA which is able to consider axial leakage flux is applied to the optimization to overcome the disadvantages of 3-D FEA. The structure for cost reduction is proposed and optimum design using equivalent 2-D FEA has been performed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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