Numerical integration is an efficient approach for nonlinear dynamic analysis. In this paper, general category of the implicit integration errors will be discussed. In order to decrease the errors, Dynamic Relaxation method with modified time step (MFT) will be used. This procedure leads to an alternative algorithm which is very general and can be utilized with any implicit integration scheme. For numerical verification of the proposed technique, some single and multi degrees of freedom nonlinear dynamic systems will be analyzed. Moreover, results are compared with both exact and other available solutions. Suitable accuracy, high efficiency, simplicity, vector operations and automatic procedures are the main merits of the new algorithm in solving nonlinear dynamic problems.
Hong, Min;Welch, Samuel W.J.;Jung, Sun-Hwa;Choi, Min-Hyung;Park, Doo-Soon
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.2
no.1
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pp.51-62
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2008
This paper proposes a second-order implicit constraint enforcement method which yields enhanced controllability compared to a first-order implicit constraints enforcement method. Although the proposed method requires solving a linear system twice, it yields superior accuracy from the constraints error perspective and guarantees the precise and natural movement of objects, in contrast to the first-order method. Thus, the proposed method is the most suitable for exact prediction simulations. This paper describes the numerical formulation of second-order implicit constraints enforcement. To prove its superiority, the proposed method is compared with the firstorder method using a simple two-link simulation. In this paper, there is a reasonable discussion about the comparison of constraints error and the analysis of dynamic behavior using kinetic energy and potential energy.
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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v.32
no.2
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pp.164-176
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1996
The main intention of this paper is to develop and compare the algorithm based on finite element procedures for nonlinear transient dynamic analysis which has combined effects of material and geometric nonlinearities. Incremental equilibrium equations based on the principle of virtual work are derived by the finite element approach. For the elasto - plastic large deformation analysis of shells and the determination of the displacement-time configuration under time-varying loads, the explicit, implicit and combined explicit-implicit time integration algorithm is adopted. In the time structure is selected and the results are compared with each others. Isoparametric 8-noded quadrilateral curved elements are used for shell structure in the analysis and for geometrically nonlinear elastic behaviour, a total Lagrangian coordinate system was adopted. On the other hands, material nonlinearity is based on elasto-plastic models with Von-Mises yield criteria. Thus, the combined explicit-implicit time integration algorithm is benefit in general case of shell structure, which is the result of this paper.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.33
no.12
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pp.1433-1441
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2009
In multibody dynamic analysis, one of the most important problems is to reduce computation times for real-time simulation. This paper presents the derivation procedure of equations of motion of a 6${\times}$6 autonomous vehicle in terms of chassis local coordinates which do not require coordinates transformation matrix to enhance efficiency for real-time dynamic analysis. Also, equations of motion are derived using the VT(velocity transformation) technique and symbolic computation method coded by MATLAB. The Jacobian matrix of the equations of motion of a system is derived from symbolic operations to apply the implicit integration method. The analysis results were compared with ADAMS results to verify the accuracy and approve the feasibility of real time analysis.
Seo, Joong-Hyun;Kim, Jong-Sung;Jhung, Myung-Jo;Ryu, Yong-Ho
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.36
no.6
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pp.599-608
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2012
A numerical analysis has been performed through implicit dynamic finite element analysis using the commercial package, ABAQUS in order to investigate effect of laser peening on welding residual stress mitigation of dissimilar metal welds in a safety injection nozzle of integral reactor. The implicit dynamic finite element analysis are compared with the previous experimental results. By comparison, it is identified that the implicit dynamic finite element analysis is valid for residual stress mitigation via laser peening. Implicit static finite element residual stress analysis has been performed for the dissimilar metal welds subject to inner repair welding. The analysis results represent that both axial and hoop residual stresses are tensile on inner surface of safety injection nozzle due to inner repair welding. Also Parametric study has performed to investigate effect of laser peening variables such as maximum impact pressure, duration time of pressure, spot diameter and peening direction on the welding residual stress mitigation. As a result, it is found that laser peening has the preventive maintenance effect to mitigate mainly residual stresses of region near inner surface.
This paper presents a theoretical investigation of the dynamic characteristics of externally pressurized air pad bearings with closed loop grooves. These grooves are made on the surface of bearings to reduce the number of supply holes so that manufacturing costs can be reduced. The semi-implicit method is applied to calculate the time varying pressure profile on the air bearing surface owing to the advantages of numerical stability and fast time tracing characteristics. The static pressure of the groove bearings is much higher than that without grooves, so the groove bearings can provide high load carrying capacity. The equation of motion considering vertical motion and tilting motion are also solved using the Runge-Kutta 4th order method. By combining the semi-implicit method and the Runge-Kutta method, fast calculations of the dynamic behavior of the air bearing can be achieved. The variations of bearing reaction force, air film reaction moment, height, and tilting angle are investigated for the step force input, which is 20% higher than the bearing reaction, when the nominal clearance is 6 mm. The effect of the groove width and the groove depth are investigated by calculating the dynamic behavior. The possibility of the air hammering with the depth of the groove is found and discussed.
In this paper new implicit time integration called N-IHOA is presented for dynamic analysis of high damping systems. Here, current displacement and velocity are assumed to be functions of the velocities and accelerations of several previous time steps, respectively. This definition causes that only one set of weighted factors is calculated from the Taylor series expansion which leads to a simple approach and reduce the computational efforts. Moreover a comprehensive study on stability of the proposed method i.e., N-IHOA compared with IHOA integration which is performed based on amplification matrices proves the ability of the N-IHOA in high damping vibrations such as control systems. Also, wide range of numerical examples which contains single/multi degrees of freedom, damped/un-damped, free/forced vibrations from finite element/finite difference demonstrate that the accuracy and efficiency of the proposed time integration is more than the common approaches such as the IHOA, the Wilson-${\theta}$ and the Newmark-${\beta}$.
Smart space is a technology that supports humans by interacting with the surrounding environment. Smart space has a built-in dynamic intelligent environment. This paper proposes a framework that provides user-customized dynamic intelligent environments in smart spaces. In the existing research that provides user-customized intelligent services, users' interests are only explicitly analyzed, and smart spaces are not considered. Implicit interest analysis can suggest a service that may be of interest to users rather than explicit interest analysis, but it requires higher performance than explicit interest analysis. Smart spaces can obtain useful information by interacting with information in the space. The framework proposed in the study uses a proximity-based social network of things to fit into a smart space. In addition, the implicit interest analysis provides intelligent information for smart spaces using the social media information and spatial information objects. In addition, we propose a method to prevent performance degradation while maintaining accuracy in consideration of the characteristics of the smart space.
Flexible pavement responses to vehicular loading, such as critical stresses and strains, in each pavement layer, could be predicted by the multilayered elastic analysis. However, multilayered elastic theory suffers from major drawbacks including spatial dimension of a numerical model, material properties considered in the analysis, boundary conditions, and ill-presentation of tire-pavement contact shape and stresses. To overcome these shortcomings, three-dimensional finite element (3D FE) models are developed and numerical analyses are conducted to calculate pavement responses to moving load in this study. This paper introduces a methodology for an effective 3D FE to simulate flexible pavement structure. It also discusses the mesh development and boundary condition analysis. Sensitivity analyses of flexible pavement response to loading are conducted. The infinite boundary conditions and time-dependent history of calculated pavement responses are considered in the analysis. This study found that the outcome of 3D FE implicit dynamic analysis of flexible pavement that utilizes appropriate boundary conditions, continuous moving load, viscoelastic hot-mix asphalt model is comparable to field measurements.
Stable and effective constraint enforcement system is one of the crucial components for physically-based dynamic simulations. This paper presents analysis and evaluation for traditional constraint enforcement systems(Lagrange Multiplier method, Baumgarte stabilization method, Post-stabilization method, Implicit constraint enforcement method, Fast projection method) to provide a guideline to users who need to integrate a suitable constraint enforcement system into their dynamic simulations. The mathematical formulations for traditional constraint enforcement systems are presented in this paper. This paper describes a summary of evaluation which consists of constraint error comparison, computational cost, and dynamic behavior analysis to verify the efficiency of each traditional constraint enforcement system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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