Free-vibration and buckling analyses of plate problems are investigated with the aid of the strain gradient notation finite element method (SGN-FEM). As SGN-FEM employs physically interpretable polynomials in developing finite elements, parasitic shear sources, which are the cause of shear locking, can be precisely identified and subsequently eliminated. This allows two mutually complementary objectives to be defined in this work, namely, evaluate the efficiency of free-vibration and buckling results provided by corrected models, and study the severity of parasitic shear effects on plate models performance. Parasitic shear are flexural terms erroneously present in shear strain polynomials. It is reviewed here that six parasitic shear terms arise during the formulation of the four-node Mindlin plate element. Two parasitic shear terms have been identified in the in-plane shear strain polynomial while other two have been identified in each of the transverse shear strain polynomials. The element is corrected a-priori, i.e., during development, by simply removing the spurious terms from the shear strain polynomials. The computational implementation of the element in its two versions, namely, containing the parasitic shear terms (PS) and corrected for parasitic shear (SG), allows for assessments of the accuracy of results and of the deleterious effects of parasitic shear in free vibration and buckling analyses. This assessment of the parasitic shear effects is a novelty of this work. Validation of the SG model is done comparing its results with analytical results and results provided by other numerical procedures. Analyses are performed for square plates with different thickness-to-length ratios and boundary conditions. Results for thin plates provided by the PS model do not converge to the correct solutions, which indicates that parasitic shear must be eliminated. That is, analysts should not rely on refinement alone. For thick plates, PS model results can be considered acceptable as deleterious effects are really critical in thin plates. On the other hand, results provided by the SG model converge well for both thin and thick plates. The effectiveness of the SG model is established via high-accuracy results obtained in several examples. It is concluded that corrected SGN-FEM models are efficient alternatives for free-vibration and buckling analysis of Mindlin plate problems, and that precise elimination of parasitic shear is a requirement for sound analyses.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.51
no.5
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pp.409-418
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2014
Simulation of flow past a complex marine structure requires a fine resolution in the vicinity of the structure, whereas a coarse resolution is enough far away from it. Therefore, a lot of grid cells may be wasted, when a simple Cartesian grid system is used for an Immersed Boundary Method (IBM). To alleviate this problems while maintaining the Cartesian frame work, we adopted an Adaptive Mesh Refinement (AMR) scheme where the grid system dynamically and locally refines as needed. In this study, We implemented a moving IBM and an AMR technique in our basic 3D incompressible Navier-Stokes solver. A Volume Of Fluid (VOF) method was used to effectively treat the free surface, and a recently developed Lagrangian Dynamic Subgrid-scale Model (LDSM) was incorporated in the code for accurate turbulence modeling. To capture vortex induced vibration accurately, the equation for the structure movement and the governing equations for fluid flow were solved at the same time implicitly. Also, We have developed an interface by using AutoLISP, which can properly distribute marker particles for IBM, compute the geometrical information of the object, and transfer it to the solver for the main simulation. To verify our numerical methodology, our results were compared with other authors' numerical and experimental results for the benchmark problems, revealing excellent agreement. Using the verified code, we investigated the following cases. (1) simulating flow around a floating sphere. (2) simulating flow past a marine structure.
As in the other fields of mechanics, analytical methods represent an important analysis tool in marine hydrodynamics. The analytical approach is interesting for different reasons : it gives reference results for numerical codes verification, it gives physical insight into some complicated problems, it can be used as a simplified predesign tool, etc. This approach is of course limited to some simplified geometries (cylinders, spheres, ...), and only the case of one or more cylinders, truncated or not, will be considered here. Presented methods are basically eigenfunction expansions whose complexity depends on the boundary conditions. The hydrodynamic boundary value problem (BVP) is formulated within the usual assumptions of potential flow and is additionally simplified by the perturbation method. By using this approach, the highly nonlinear problem decomposes into its linear part and the higher order (second, third, ...) corrections. Also, periodicity is assumed so that the time dependence can be factorized i.e. the frequency domain formulation is adopted. As far as free surface flows are concerned, only cases without or with small forward speed are sufficiently simple to be solved semi-analytically. The problem of the floating body advancing in waves with arbitrary forward speed is far more complicated. These remarks are also valid for the general numerical methods where the case of arbitrary forward speed, even linearized, is still too difficult from numerical point of view, and "it is fair to say that there exists at present no general practical numerical method for the wave resistance problem" [9], and even less for the general seakeeping problem. We note also that, in the case of bluff bodies like cylinders, the assumptions of the potential flow are justified only if the forward speed is less than the product of wave amplitude with wave frequency.
It has been known that one-dimensional rod theory is very effective as a simplified analytical approach to large scale or complicated structures such as high-rise buildings, in preliminary design stages. It replaces an original structure by a one-dimensional rod which has an equivalent stiffness in terms of global properties. If the structure is composed of distinct constituents of different stiffness such as coupled walls with opening, structural behavior is significantly governed by the local variation of stiffness. This paper proposes an extended version of the rod theory which accounts for the two-dimensional local variation of structural stiffness; viz, variation in the transverse direction as well as longitudinal stiffness distribution. The governing equation for the two-dimensional rod theory is formulated from Hamilton's principle by making use of a displacement function which satisfies continuity conditions across the boundary between the distinct structural components in the transverse direction. Validity of the proposed theory is confirmed by comparison with numerical results of computational tools in the cases of static, free vibration and forced vibration problems for various structures.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.15
no.1
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pp.201-208
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1991
In case that an interface crack exists in an infinite two-dimensional elastic bimaterial, the crack surface is insulated under traction free and the uniform heat flow vertical to the crack from infinite boundary is given. Temperature and stress potentials are obtained by using complex variable approach to solve Hilbert problems. The results are used to obtain thermal stress intensity factors. Only mode I thermal stress intensity factor occurs in case of the homogeneous material. Otherwise, mode I and II thermal stress intensity factor is much smaller than one of mode II.
Khlopkov, Yuri Ivanovich;Chernyshev, Sergey Leonidovich;Myint, Zay Yar Myo;Khlopkov, Anton Yurievich
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.17
no.1
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pp.1-7
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2016
The influence of boundary condition of the bodies with gas flows is one of the most important problems in high-altitude aerodynamics. In this paper presents the results of the calculation of aerodynamic characteristics of aerospace vehicle using Monte-Carlo method based on three different gas-surface interaction models - Maxwell model, Cercignani-Lampis-Lord (CLL) model and Lennard-Jones (LJ) potential. These models are very sensitive for force and moment coefficients of aerospace vehicle in the hypersonic free molecular flow. The models, method and results can be used for new generation aerospace vehicle design.
Proceedings of the Korean Institute of Interior Design Conference
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2004.05a
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pp.171-175
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2004
This study aims at the examination of the characteristics of sectional design by Raumplan through the analysis of his 12 houses in which his architectural design concept is clearly showed. The analysis proceeded through 12 sectional drawings, because of Raumplan is originated from the spatial concept which is dividing spaces with various differences of horizontal level. Through this investigation, three characteristics of sectional design by Raumplan which is to present : 1) Free horizontal variation by different level 2) Spatial division by splitted wall 3) Horizontal & vertical refraction of viewpoint & movement These characteristic seems like to including his intention to put into the various human behaviour in residence, it can be spatial clue to solve existential experience of 'homelessness' which is one of the biggest problems of modern times.
The paper describes the vibration and the stability of nonuniform tapered beams resting on two-layered elastic foundations. The two-layered elastic foundations are constructed by discributed Winkler springs and shearing layers as ofen used in oil models. Governing equations are derived from energy experssions using Hamilton's Principle. The associated eigenvalue problems are solved to obtain the free vibration frequencies or the buckling loads. Numerical results for the vibration and the stability of beams under an axial force are presented and compared with other available solutions. Finally, vibration frequencies and critical forces are investigated for various thickness ratios, shear foundation parameters, Winkler foundation parameters, and boundary conditions of tapered beams.
A unified third-order laminate plate theory that contains classical, first-order and third-order theories as special cases is presented. Analytical solutions using the Navier and L$\acute{e}$vy solution procedures are presented. The Navier solutions are limited to simply supported rectangular plates while the L$\acute{e}$vy solutions are restricted to rectangular plates with two parallel edges simply supported and other two edges having arbitrary combination of simply supported, clamped, and free boundary conditions. Numerical results of bending and vibration for a number of problems are discussed in the second part of the paper.
A counter balance valve is used as one part of hydraulic motor brake system. The function of this valve is to protect over-run or free falling of inertia load. But occasionally the brake system with counter balance valve makes some undesirable problems such as pressure surges or vibrations. In this study, for the purpose of easy estimation about dynamic characteristics of hydraulic system including counter balance valve, precise formulation describing fluid dynamics and valve dynamics under various boundary conditions were made. Dynamic characteristics were analysed by numerical integration using Runge-Kutta method, because the equations in this circuit with counter balance valve contain various nonlinear terms. Propriety of this analysis method is verified by experiment. For the purpose of obtaining fundamental data for preventing instability, this study experimented the effects of the spool taper, spring constant, cylindrical choke. And we developed double acting brake system integrated counter balance valve.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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