This paper presents a finite element procedure based on Bridging multi-scale method (BMM) in order to incorporate the effect of local/cross-sectional deformations (e.g., flange local buckling and web crippling) on the global behaviour of thin-walled members made of fibre-reinforced polymer composite laminates. This method allows the application of local shell elements in critical regions of an existing beam-type model. Therefore, it obviates the need for using computationally expensive shell elements in the whole domain of the structure, which is otherwise necessary to capture the effect of the localized behaviour. Consequently, highly accurate analysis results can be achieved with this method by using significantly smaller finite element model, compared to the existing methods. The proposed method can be used for composite polymer laminates with arbitrary fibre orientation directions in different layers of the material, and under various loading conditions. Comparison with full shell-type finite element analysis results are made in order to illustrate the efficiency and accuracy of the proposed technique.
A global-local finite element modeling technique is employed in this paper to predict the fatigue life of radial truck tires. This paper assumes that a flaw exists inside the tire, in the local model. The local model uses an FEM fracture analysis in conjunction with a global-local technique in ABAQUS. A 3D finite element local model calculates the energy release rate at the belt edge. Using the analysis of the local model, a study of the energy release rate is performed in the crack region and used to determine the crack growth rate analysis. The result considers how different driving conditions contribute to the detrimental effects of belt separation in truck tire failure. The calculation of the total mileage on four sizes of radial truck tires has performed on the belt edge separation. The effect of the change of belt width design on the fatigue lifetime of tire belt separation is discussed.
This paper presents the global-local finite cover method (GL-FCM) that is capable of analyzing structures involving local heterogeneities and propagating cracks. The suggested method is composed of two techniques. One of them is the FCM, which is one of the PU-based generalized finite element methods, for the analysis of local cohesive crack growth. The mechanical behavior evaluated in local heterogeneous structures by the FCM is transferred to the overall (global) structure by the so-called mortar method. The other is a method of mesh superposition for hierarchical modeling, which enables us to evaluate the average stiffness by the analysis of local heterogeneous structures not subjected to crack propagation. Several numerical experiments are conducted to validate the accuracy of the proposed method. The capability and applicability of the proposed method is demonstrated in an illustrative numerical example, in which we predict the mechanical deterioration of a reinforced concrete (RC) structure, whose local regions are subjected to propagating cracks induced by reinforcement corrosion.
In this paper, we introduce an efficient new model reduction method, named the automated static condensation method, which is developed for the local analysis of large finite element models. The algebraic multilevel substructuring procedure is modified appropriately, and then applied to the original static condensation method. The retained substructure, which is the local finite element model to be analyzed, is defined, and then the remaining part of the global model is automatically partitioned into many omitted substructures in an algebraic perspective. For an efficient condensation procedure, a substructural tree diagram and substructural sets are established. Using these, the omitted substructures are sequentially condensed into the retained substructure to construct the reduced model. Using several large practical engineering problems, the performance of the proposed method is demonstrated in terms of its solution accuracy and computational efficiency, compared to the original static condensation method and the superelement technique.
A novel method for non-matching interfaces on the boundaries of the finite elements in partitioned domains is presented by introducing interface elements in this paper. The interface element method (IEM) satisfies the continuity conditions exactly through interfaces without recourse to the Lagrange multiplier technique. The moving least square (MLS) approximation in the present study is implemented to construct the shape functions of the interface elements. Alignment of the boundaries of sub-domains in the MLS approximation and integration domains provides a consistent numerical integration due to one form of rational functions in an integration domain. The compatibility of displacements on the boundaries of the finite elements and the interface elements is always preserved in this method, and the completeness of the shape functions of the interface elements guarantees the convergence of numerical solutions. The numerical examples show that the interface element method is a useful tool for the analysis of a partitioned system and for a global-local analysis.
Differential inequalities occurring in problems of obstacle contact problems are recast into variational inequalities and analyzed by finite element methods. A new a posteriori error estimator, which is essential in adaptive finite element method, is introduced to capture the errors in finite element approximations of these variational inequalities. In order to construct a posteriori error estimates, saddle point problems are introduced using Lagrange parameters and upper bounds are provided. The global upper bound is localized by a special mixed formulation, which leads to upper bounds of the element errors. A numerical experiment is performed on an obstacle contact problem to check the effectivity index both in a local and a global sense.
The buckling characteristics of I - shaped columns which are composed of thin web and equal upper/lower flange plates are generally classified into the local and global modes. In this paper, its local buckling problem has been formulated on the basis of the assumed buckling modes using the finite element method for beams and plates. The effects of local bucklings are studied for various size rations and end conditions of I-shaped columns. The calculated results are comparatively well consistent with values obtained from the existing studies. The global buckling characteristics calculated by the present method are in good agreement with the classical rigid web solution
In this paper, an effective procedure is presented for the local recovery of displacements and stresses in multilayered composite panels, which incorporate the local refinement using mesh superposition. The mesh superposition method is used to refine the global coarse mesh by superimposing refined mesh to the localized zone of interest without transition zones. The finite element model used is a solid element based on the Hellinger-Reissner variational principle. The a posteriori computation of the through-the-thickness distributions of displacements and stresses is achieved using a predictor-corrector procedure. The procedure utilizes the superconvergent stresses and nodal displacements of the finite element patch. The element patch is generated by locally superimposing a refined local mesh to the coarse global mesh.
This paper aims to probabilistically evaluate performance of two types of I beam to box column (IBBC) connection. With the objective of considering the variability of seismic loading demand, statistical features of the inter-story drift ratio corresponding to the second, fifth and eleventh story of a 12-story steel special moment resisting frames are extracted through incremental dynamic analysis at global collapse state. Variability of geometrical variables and material strength are also taken into account. All of these random variables are exported as inputs to a probabilistic finite element model which simulates the connection. At the end, cumulative distribution functions of local seismic demand for each component of each connection are provided using histogram sampling. Through a parametric study on probabilistic local seismic demand, the influence of some geometrical random variables on the performance of IBBC connections is demonstrated. Furthermore, the probabilistic study revealed that IBBC connection with widened flange has a better performance than the un-widened flange. Also, a design procedure is proposed for WF connections to achieve a same connection performance in different stories.
Accurate and fast haptic simulations of deformable objects are desired in many applications such as medical virtual reality. In haptic interactions with a coarse model, the number of nodes near the haptic interaction region is too few to generate detailed deformation. Thus, local refinement techniques need to be developed. Many approaches have employed purely geometric subdivision schemes, but they are not proper in describing the deformation behavior of deformable objects. This paper presents a continuum mechanics-based finite element adaptive method to perform haptic interaction with a deformable object. This method superimposes a local fine mesh upon a global coarse model, which consists of the entire deformable object. The local mesh and the global mesh are coupled by the s-version finite element method (s-FEM), which is generally used to enhance accurate solutions near the target points even more. The s-FEM can demonstrate a reliable deformation to users in real-time.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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