In this paper, we briefly study the condition number of stiffness matrix with $h$-version and analyze it with $p$-version of the finite element method.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.14
no.4
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pp.729-740
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1994
In the shape optimal design based on h-version of FEM, the ideal mesh for the initial geometry most probably will not be suitable for the final analysis. Thus, it is necessary to remesh the geometry of the model at each stage of optimization. However, the p-version of FEM appears to be a very attractive alternative for use in shape optimization. The main advantages are as follows; firstly, the elements are not sensitive to distortion for interpolation polynomials of order $p{\geq}3$; secondly, even singular problems can be solved more efficiently with p-version than with the h-version by proper mesh design; thirdly, the initial mesh design are identical. The 2-D p-version model for shape optimization is presented on the basis of Bezier's curve fitting, gradient projection method, and integrals of Legendre polynomials. The numerical results are performed by p-version software RASNA.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1994.10a
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pp.38-45
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1994
P-version finite element model for the computation of stress intensity factors in two dimensional cracked panels by J-integral method is presented. The proposed model is based on high order theory and hierarchical shape function. The displacements fields are defined by integrals of Legendre polynomials which can be classified into three part such as basic mode, side mode, integral mode. The stress intensity factors are computed by J-integral method. The example models for validating the proposed p-version model are centrally cracked panel, single and double edged crack in a rectangular panel under pure Mode I. And the analysis results are compared with those by the h-version of FEM and empirical solutions in literatures. Very good agreement with the existing solution are shown.
A new axisymmetric crack model is proposed on the basis of p-version of the finite element method limited to theory of small scale yielding. To this end, axisymmetric stress element is formulated by integrals of Legendre polynomial which has hierarchical nature and orthogonality relationship. The virtual crack extension method has been adopted to calculate the stress intensity factors for 3-D axisymmetric cracked bodies where the potential energy change as a function of position along the crack front is calculated. The sensitivity with respect to the aspect ratio and Poisson locking has been tested to ascertain the robustness of p-version axisymmetric element. Also, the limit value that is an exact solution obtained by FEM when degree of freedom is infinite can be estimated using the extrapolation equation based on error prediction in energy norm. Numerical examples of thick-walled cylinder, axisymmetric crack in a round bar and internal part-thorough cracked pipes are tested with high precision.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1992.04a
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pp.30-35
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1992
Since many design problems in the railroad, aerospace and machine structures involve considerations of the effect of cyclic loading, manufacturing and quality control processes must fully account for fatigue of critical components. Due to the sensitivity of the Paris law, it is very important to calculate the ΔK numerically to minimize the error of predicted fatigue life in cycles. It is shown that the p-version of FEM based on LEFM analysis is far better suited for computing the stress intensity factors than the conventional h-version. To demonstrate the proficiency of the proposed scheme, the welded T-joint with crack problem of box car body bolster assembly and a crack problem emanating Iron a circular hole in finite strip have been solved.
Since many design problems in the railroad, aerospace and machine structures involve considerations of the effect of cyclic loading, manufacturing and quality control processes much fully account for fatigue of critical components. Due to the sensitivity of the Paris law, it is very important to calculate .DELTA.K numerically to minimize the error of predicted fatigue life in cycles. However, it is shown that the p-version of FEM based on LEFM analysis is far better suited for computing the stress intensity factors than the conventional h-version. To demonstrate the proficiency of the proposed scheme, the welded T-joint with crack problems of box car body bolster assembly and a crack problem emanating from a circular hole in finite strip have been solved.
A p-version of the finite element method in conjunction with the modeling dynamic method using the arc-length stretch deformation is considered to determine the bending natural frequencies of a cantilever flexible plate mounted on the periphery of a rotating hub. The plate Fourier p-element is used to set up the linear equations of motion. The transverse displacements are formulated in terms of cubic polynomials functions used generally in FEM plus a variable number of trigonometric shapes functions representing the internals DOF for the plate element. Trigonometric enriched stiffness, mass and centrifugal stiffness matrices are derived using symbolic computation. The convergence properties of the rotating plate Fourier p-element proposed and the results are in good agreement with the work of other investigators. From the results of the computation, the influences of rotating speed, aspect ratio, Poisson's ratio and the hub radius on the natural frequencies are investigated.
Hakim Bentrar;Sidi Mohammed Chorfi;Sid Ahmed Belalia;Abdelouahed Tounsi;Mofareh Hassan Ghazwani;Ali Alnujaie
Structural Engineering and Mechanics
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v.88
no.6
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pp.551-567
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2023
In this work, the free vibration analysis of functionally graded material (FGM) sandwich plates with porosity is conducted using the p-version of the finite element method (FEM), which is based on the first-order shear deformation theory (FSDT). The sandwich plate consists of two face-sheet layers of FGM and a homogeneous core layer. The obtained results are validated using convergence and comparison studies with previously published results. Five porosities distribution models of FGM sandwich plates are assumed and analyzed. The effect of the thickness ratio, boundary conditions, volume fraction exponents, and porosity coefficients of the top and bottom layers of FGM sandwich plates on the natural frequency are addressed.
We analyze the error in the $p$ version of the of the finite element method when the effect of the quadrature error is taken into account. We investigate source of quadrature error due to the presence of mapped elements. We present theoretical and computational examples regarding the sharpness of our results.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.23
no.6
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pp.615-626
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2010
The discrete-layer model is proposed to analyze the edge-effect problem of laminates under extension and flexure. Based on three-dimensional elasticity theory, the displacement fields of each layer in a laminate have been treated discretely in terms of three displacement components across the thickness. The displacement fields at bottom and top surfaces within a layer are approximated by two-dimensional shape functions. Then two surfaces are connected by one-dimensional high order shape functions. Thus the p-convergent refinement on approximated one- and two-dimensional shape functions can be implemented independently of each other. The quality of present model is mostly determined by polynomial degrees of shape functions for given displacement fields. For nodal modes with physical meaning, the linear Lagrangian polynomials are considered. Additional modes without physical meaning, which are created by increasing nodeless degrees of shape functions, are derived from integrals of Legendre polynomials which have an orthogonality property. Also, it is assumed that mapping functions are linear in the light of shape of laminated plates. The results obtained by this proposed model are compared with those available in literatures. Especially, three-dimensional out-of-plane stresses in the interior and near the free edges are evaluated and convergence performance of the present model is established with the stress results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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