This study presents a method for level ice-structure interaction analysis to estimate the fatigue damage of arctic structures by applying plate theory to the behavior of level ice. The boundary element method (BEM), which incurs a lower computational cost than the finite element method (FEM), was introduced to solve the plate bending problem. The BEM formulation was performed by applying the BEM to plate theory. Finally, to check the validity of the proposed method, the BEM results and FEM results obtained using the ABAQUS commercial software were compared. The response results of the BEM analysis agreed well with those of the FEM analysis. Based on the results of the analysis, the BEM approach is considered to be very powerful in level ice-structure interaction analysis for estimating level ice-induced fatigue damage. Further work is being conducted to perform level ice fracture analysis based on the stress field calculated using the boundary element method.
In this paper, a new finite annular plate element is developed, which considers the effects of the slight deviation from a perfect axisymmetry. It is assumed that, when a local deviation is introduced to an axisymmetric plate, the natural modes are separated into the symmetric and asymmetric modes. The proposed method is very efficient because a few elements are demanded and lots of active degrees of freedom are reduced in comparison with commercial numerical analysis programs. In addition, when the deviation is small enough. It is more accurate than the result of using usual plate elements of commercial FEM programs.
An adaptive-scale damage detection strategy based on a wavelet finite element model (WFEM) for thin plate structures is established in this study. Equations of motion and corresponding lifting schemes for thin plate structures are derived with the tensor products of cubic Hermite multi-wavelets as the elemental interpolation functions. Sub-element damages are localized by using of the change ratio of modal strain energy. Subsequently, such damages are adaptively quantified by a damage quantification equation deduced from differential equations of plate structure motion. WFEM scales vary spatially and change dynamically according to actual needs. Numerical examples clearly demonstrate that the proposed strategy can progressively locate and quantify plate damages. The strategy can operate efficiently in terms of the degrees-of-freedom in WFEM and sensors in the vibration test.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.15
no.4
s.97
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pp.388-394
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2005
This paper has the object of investigating natural frequencies of tapered thick plate on Pasternak foundation by means of finite element method and providing kinetic design data for mat of building structures. Vibration analysis for tapered thick plate subjected to in-plane stress is presented in this paper. Finite element analysis of rectangular plate is done by use of rectangular finite element with 8-nodes. Analysis conditions of tapered thick plate are as follows each. The ratio of in-plane stress to critical load is varied with $0.2\sigma_{cr}$, $0.4\sigma_{cr}$, $0.6\sigma_{cr}$. The Winkler parameter is 0, 10, 100, 1000, the shear foundation parameter is 0, 10 and the taper ratio is 0.0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8.
Closed form solutions for equilibrium and flexibility matrices of the Mindlin-Reissner theory based eight-node rectangular plate bending element (MRP8) using Integrated Force Method (IFM) are presented in this paper. Though these closed form solutions of equilibrium and flexibility matrices are applicable to plate bending problems with square/rectangular boundaries, they reduce the computational time significantly and give more exact solutions. Presented closed form solutions are validated by solving large number of standard square/rectangular plate bending benchmark problems for deflections and moments and the results are compared with those of similar displacement-based eight-node quadrilateral plate bending elements available in the literature. The results are also compared with the exact solutions.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2004.11a
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pp.521-525
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2004
This paper has the object of investigating natural frequencies of tapered thick plate on pasternak foundation by means of finite element method and providing kinetic design data for mat of building structures. vibration analysis that tapered thick plate subjected to In-plane stress is presented in this paper Finite element analysis of rectangular plate is done by use of rectangular finite element with 8-nodes. In order to analysis tapered plate which is supported on pasternak foundation. The ratio of In-plane stress to critical load is varied with $0.2\sigma_{cr},\;0.4\sigma_{cr},\;0.6\sigma_{cr}$, and the Winkler parameter is 0, 10, 100, 1000 the shear foundation parameter 0, 10. The taper ratio is applied as 0.0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 respectively. This paper is analyzed varying thickness by taper ratio with In-plane stress.
Herein, we present the design and development of an efficient finite element analysis model for thermal plate forming in shipbuilding. Double curvature shells in the ship building industries are primarily formed through the thermal forming technique. Thermal forming involves heating of steel plates using heat sources like oxy-acetylene gas torch, laser, and induction heating, etc. The differential expansion and contraction across the plate thickness cause plastic deformation and bending of plates. Thermal forming is a complex forming technique as the plastic deformation and bending depends on many factors such as peak temperature, heating and cooling rate, depth of heated zone and many other secondary factors. In this work, we develop an efficient finite element analysis model for the thermo-mechanical analysis of thermal forming. Different simulations are reported to study the effect of various parameters affecting the process. Temperature dependent properties are used in the analysis and the finite element analysis model is used to identify the critical flame velocity to avoid recrystallization of plate material. A spring connected plate is modeled for structural analysis using spring elements and that helps in identifying the resultant shapes of various thermal forming patterns. Finally, detailed simulation results are reported to establish the efficacy, applicability and efficiency of the designed and developed finite element analysis model.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.60
no.1
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pp.20-30
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2023
In this paper, the Energy Flow Finite Element Analysis (EFFEA) was performed to predict the acoustic and vibrational responses of complicated plate structures considering improved Fluid-Structure Interaction (FSI). For this, a new power transfer relationship was derived at the area junction where two different fluids are in contact on both sides of the plate. In order to increase the reliability of EFFEA of complicated plate structures immersed in a high-density fluid, the corrected flexural wavenumber and group velocity considering fluid-loading effect were derived. As the specific acoustic impedance of the fluid in contact with the plate increases, the flexural wavenumber of the plate increases. As a result, the flexural group velocity is reduced, and the spatial damping effect of the flexural energy density is increased. Additionally, for the EFFEA of arbitary-shaped built-up structures, the energy flow finite element formulation for the acoustic tetrahedral element was newly performed. Finally, for validation of the derived theory and developed software, numerical applications of complicated plate structures submerged in seawater or air were successfully performed.
Kim, Do Kyun;Poh, Bee Yee;Lee, Jia Rong;Paik, Jeom Kee
Structural Engineering and Mechanics
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v.68
no.2
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pp.247-259
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2018
In this study (Part I), an advanced empirical formulation was proposed to predict the ultimate strength of initially deflected steel plate subjected to longitudinal compression. An advanced empirical formulation was proposed by adopting Initial Deflection Index (IDI) concept for plate element which is a function of plate slenderness ratio (${\beta}$) and coefficient of initial deflection. In case of initial deflection, buckling mode shape, which is mostly assumed type in the ships and offshore industry, was adopted. For the numerical simulation by ANSYS nonlinear finite element method (NLFEM), with a total of seven hundred 700 plate scenarios, including the combination of one hundred (100) cases of plate slenderness ratios with seven (7) representative initial deflection coefficients, were selected based on obtained probability density distributions of plate element from collected commercial ships. The obtained empirical formulation showed good agreement ($R^2=0.99$) with numerical simulation results. The obtained outcome with proposed procedure will be very useful in predicting the ultimate strength performance of plate element subjected to longitudinal compression.
A four-node hybrid stress element for analysing orthotropic folded plate structures is presented. The formulation is based on Hellinger-Reissner variational principle. The element is developed by combining a hybrid plane stress element and a hybrid plate element. The proposed element has six degree of freedom per node and permits an easy connection to other type of elements. An equilibrated stress field in each element and inter element compatible boundary displacement field are assumed independently. Static and free vibration analyses of folded plates are carried out on numerical examples to show that the validity and efficiency of the present element.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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