• Structural Engineering and Mechanics
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• 제11권1호
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• pp.105-122
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• 2001

A new three-dimensional 13-node hexahedral element with rotational degrees of freedom, which is designated as MR-H13 element, is presented. The proposed element is established by adding five nodes to one of the six faces of basic 8-node hexahedral element. The new element can be effectively used in the connection between the refined mesh and the coarser mesh. The derivation of the current element in this paper is based on the variational principles in which the rotation and skew-symmetric stress are introduced as independent variables. Numerical examples show that the performance of the new element is satisfactory.

• Journal of Mechanical Science and Technology
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• 제17권3호
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• pp.457-466
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• 2003

In this paper, the numerical finite element formulations were derived for the linearized Navier-Stokes' equations with assumptions of two-dimensional incompressible, homogeneous viscous fluid field, and small oscillation and the FAMD (Fluid Added Mass and Damping) code was developed for practical applications calculating the fluid added mass and damping. In formulations, a fluid domain is discretized with C$\^$0/-type quadratic quadrilateral elements containing eight nodes using a mixed interpolation method, i.e., the interpolation function for the velocity variable is approximated by a quadratic function based on all eight nodal points and the interpolation function for the pressure variable is approximated by a linear function based on the four nodal points at vertices. Using the developed code, the various characteristics of the fluid added mass and damping are investigated for the concentric cylindrical shell and the actual hexagon arrays of the liquid metal reactor cores.

• Interaction and multiscale mechanics
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• 제2권3호
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• pp.277-293
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• 2009

The Enriched Free Mesh Method (EFMM) is a patch-wise procedure in which both a displacement field on an element and a stress/strain field on a cluster of elements connected to a node can be defined. On the other hand, the Superconvergent Patch Recovery (SPR) is known to be an efficient post-processing procedure of the finite element method to estimate the error norm at a node. In this paper, we discuss the relationship between solutions of the EFMM and those of the SPR through several convergence studies. In addition, in order to solve the demerit of the smoothing effect on the fracture mechanics fields, we implement a singular stress field to a local patch in the EFMM, and its effectiveness is investigated.

• 대한기계학회논문집
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• 제13권3호
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• pp.461-471
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• 1989

본 연구에서는 혼합 모우드 균열문제의 연구를 위하여 .KAPPA.$_{II}$ /.KAPPA.S1I\ulcorner조절이 간편하고, 균열진전경로가 하중방향에 따른 균일전면의 자유표면의 영향을 균일하게 한 시험편(이하 RCM 또는 round compact mixed-mode 시험편이라 한다)을 고안하여 균열길이 및 하중작용 방향에 따른 .KAPPA.$_{I}$ 및 .KAPPA.S1II를 수치해석한 다음 일반화 하였다. 또 고강도와 용접성이 요구되는 항공기부품, 압력용기, 지상운송차량 등에 사용되고 있는 5083-H115 알루미늄 합금에 대해 혼합 모우드 균열진전 방향 및 피로균열 진전특성을 분석하고자 한다.다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제28권11호
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• pp.1348-1358
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• 2004

The filling pattern and an adaptive grid refinement based on the finite element method and Eulerian mesh advancement approach have been developed to analyze incompressible transient viscous flow with free surfaces. The governing equation fur flow analysis is Navier-Stokes equation including inertia and gravity effects. The mixed FE formulation and predictor-corrector method are used effectively for unsteady numerical simulation. The flow front surface and the volume inflow rate are calculated using the filling pattern technique to select an adequate pattern among seven filling patterns at each tetrahedral control volume. By adaptive grid refinement, the new flow field that renders better prediction in flow surface shape is generated and the velocity field at the flow front part is calculated more exactly. In this domain the elements in the surface region are made finer than those in the remaining regions for more efficient computation. The collapse of a water dam and the filling of a fluidity spiral have been analyzed. The numerical results have been in good agreement with the experimental results and the efficiency of the adaptive grid refinement and filling pattern techniques have been verified.

• 대한기계학회논문집A
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• 제35권9호
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• pp.1041-1050
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• 2011

미크론 단위의 크기를 갖는 구조물의 소성변형에서 나타나는 길이 효과를 고려하여 유한요소 해석을 하기 위하여 변형률 구배 소성이론을 이용하는 탄소성 유한요소 모델링 및 해석법을 제안하였다. 기존의 연구에서 주로 고차, 고자유도 및 혼합요소, 초 요소 등을 필요로 하였던 것에 비하여 본 논문에서는 이들을 배제하는 변위법 저차 평면 요소 및 삼차원 요소를 도입하였다. 이는 비선형 증분 해석의 프레임워크에서 계산된 소성 변형률의 절점 평균값으로 보간하여 적분점에서의 변형률 구배를 구하고 테일러 전위 모델에 의한 변형률 경화 구성방정식을 적용하므로서 가능하였다. 제안된 방법론은 선형 삼각 및 사각요소, 선형 사면체, 육면체 요소에 대해 적용되었으며 마이크로 굽힘, 마이크로 비틀림, 마이크로 기공과 같은 대표적인 길이 스케일 문제를 통하여 수치적으로 검증하였다. 본 논문에서 제안한 방법은 계산이 매우 쉬우면서도 실험값들과 비교해 볼 때, 변형률 구배 소성이론 즉, 길이 효과를 잘 나타내어 주었다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제16권2호
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• pp.165-172
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• 2003

본 연구에서는 축대칭 쉘구조물의 정동적해석을 효과적으로 수행할 수 있는 새로운 유한요소를 제안하였다. 본 유한요소는 축대칭 쉘의 전단변형률을 고려하였으며, 쉘의 경계에서 기술할 수 있는 변수들만으로 표현되는 효율적인 형태의 수정된 혼합 변분이론에 바탕하여 유한요소정식화를 수행하였다. 또한, 변위장에 대해 무절점 자유도를 추가적으로 도입하여 요소의 수치적 성능을 크게 향상시켰다 계산의 효율성을 위해, 요소정식화의 최종단계에서 정치조건으로부터 응력매개변수들을 제거하고, 동적축약을 통하여 무절점 자유도 성분들 또한 최종적인 유한요소방정식에서 제거되어짐으로써, 일반적인 변위기저 요소와 같은 크기의 유한요소방정식을 얻을 수 있다. 몇 가지 수치예제들에 대한 해석을 통하여, 무절점 자유도와 변위장에 일치하는 적절한 응력매개변수를 가지는 제안된 혼합 축대칭 쉘요소가 정동적해석에서 대단히 정확하고 효율적임을 확인할 수 있었다

• Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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• 제23권4호
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• pp.367-380
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• 2019

A 1kW-class horizontal axis wind turbine (HAWT) rotor blade is taken into account to investigate elastic characteristics in 2-D. The elastic blade field is composed of symmetric cross-ply laminated composite material. Blade element momentum theory is applied to obtain the boundary conditions pressuring the blade, and the plane stress elasticity problem is formulated in terms of two displacement parameters with mixed boundary conditions. For the elastic characteristics a fair of differential equations are derived based on the elastic theory. The domain is divided by triangular and rectangular elements due to the complexity of the blade configuration, and a finite element method is developed for the governing equations to search approximate solutions. The results describe that the elastic behavior is deeply influenced by the layered angle of the middle laminate and the stability of the blade can be improved by controlling the layered angle of laminates, which can be evaluated by the mathematical approach.

• Steel and Composite Structures
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• 제27권1호
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• pp.27-33
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• 2018

In this study, a mixed-interpolated tensorial component 4 nodes method (MITC4) is treated as a numerical analysis model for topology optimization using multiple materials assigned within Reissner-Mindlin plates. Multi-material optimal topology and shape are produced as alternative plate retrofit designs to provide reasonable material assignments based on stress distributions. Element density distribution contours of mixing multiple material densities are linked to Solid Isotropic Material with Penalization (SIMP) as a design model. Mathematical formulation of multi-material topology optimization problem solving minimum compliance is an alternating active-phase algorithm with the Gauss-Seidel version as an optimization model of optimality criteria. Numerical examples illustrate the reliability and accuracy of the present design method for multi-material topology optimization with Reissner-Mindlin plates using MITC4 elements and steel materials.

• 대한토목학회논문집
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• 제30권2B호
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• pp.199-209
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• 2010

본 연구에서는 지표수 흐름 해석을 위한 2차원 유한요소모형을 개발하였다. 개발된 수치모형에서는 2차원 흐름 해석을 위한 천수방정식을 Galerkin법과 Newton-Raphson법에 의해 이산화하였으며 지형에 따라 삼각망과 사각망을 혼용하여 사용할 수 있도록 하였다. 구성된 대수방정식의 해는 유한요소법을 푸는데 매우 효율적인 프론탈 기법에 의해 구하였다. 개발된 모형을 두 개의 만곡부를 가지는 실험실 사행수로에 적용하여 만곡부에서의 횡방향 유속 및 수심 분포를 분석한 결과 만곡부에서 편수위 현상을 잘 재현함을 알 수 있었다. 또한 내측의 유속이 외측에 비해 빠르게 나타났고 유속분포는 두 만곡부의 중심을 기준으로 대칭적이었으며, 모의결과와 수리실험에 의한 실측값이 매우 잘 일치하였다. 본 모형을 완경사, 급경사, 역경사, 급격한 하상변화가 있는 수로와 위어를 포함한 수로에 적용하여 12개의 점변화류 수면곡선을 모의한 결과 수리학적으로 적합한 수면형상이 도출되었다.