In this paper, to analyze the initial valued non-homogeneous elastic half space by the scaled boundary analysis, the infinite element approach was introduced. The free surface of the initial valued non-homogeneous elastic half space was mode1ed as a circumferential direction of boundary scaled boundary coordinate. The infinite element was used to represent the infinite length of the free surface. The initial value of material property(elastic modulus) was considered by the combination of the position of the sealing center and the power function of the radial direction. By use of the mapping type infinite element, the consistent e1ements formulation could be available. The performance and the feasibility of proposed approach are examined by two numerical examples.
본 논문에서는 초기값을 갖는 비동질 반무한 평면문제를 비례경계유한요소법으로 해석하기 위하여 무한요소를 이 해석법에 도입하였다. 초기값을 갖는 반무한 평면의 자유면은 비례경계좌표계의 원주방향의 좌표를 이용하여 모델링하였고 무한요소는 이 자유면이 나타내는 무한한 영역을 모사하기 위해 사용되었다. 반무한 평면의 물성치(탄성계수)에 대한 초기값은 비례중심의 위치와 비례경계좌표계에서의 반지름 멱함수를 이용하여 나타내었다. 사상형 무한요소를 사용하여 일관된 정식화가 가능하였고, 제안된 해석법에 대한 적용성과 성능을 두 수치예제를 통하여 보였다.
The scaled-boundary finite element method is a novel semi-analytical technique, combining the advantages of the finite element and the boundary element methods with unique properties of its own. The method works by weakening the governing differential equations in one coordinate direction through the introduction of shape functions, then solving the weakened equations analytically in the other (radial) coordinate direction. These coordinate directions are defined by the geometry of the domain and a scaling centre. This paper presents a general development of the scaled boundary finite-element method for two-dimensional problems where two boundaries of the solution domain are similar. Unlike three-dimensional and axisymmetric problems of the same type, the use of logarithmic solutions of the weakened differential equations is found to be necessary. The accuracy and efficiency of the procedure is demonstrated through two examples. The first of these examples uses the standard finite element method to provide a comparable solution, while the second combines both solution techniques in a single analysis. One significant application of the new technique is the generation of transition super-elements requiring few degrees of freedom that can connect two regions of vastly different levels of discretisation.
본 논문에서는 비동질 탄성무한공간에 대한 비례경계유한요소법의 동적강도행렬을 해석적으로 유도하였다. 해석영역의 비동질성은 비동질파라메터를 지수로 하는 멱함수로 고려하였다. 동적강도행렬은 진동수영역에서 다항식으로 점근전개한 후, 방사조건을 만족시키도록 하여 각 다항식의 계수를 구하는 과정을 통하여 유도되었다. 얻어진 동적강도행렬의 타당성을 검증하기 위해 정확해가 알려져 있는 대표적인 문제에 대하여 비동질파라메터의 값을 변화시키면서 수치해석을 수행하였다. 그 결과 유도된 동적강도행렬이 비동질공간에 대한 특성을 적절하게 반영하는 것으로 나타났다.
The dynamic response of two-dimensional unbounded domain on the rigid bedrock in the time domain is numerically obtained. It is realized by the modified scaled boundary finite element method (SBFEM) in which the original scaling center is replaced by a scaling line. The formulation bases on expanding dynamic stiffness by using the continued fraction approach. The solution converges rapidly over the whole time range along with the order of the continued fraction increases. In addition, the method is suitable for large scale systems. The numerical method is employed which is a combination of the time domain SBFEM for far field and the finite element method used for near field. By using the continued fraction solution and introducing auxiliary variables, the equation of motion of unbounded domain is built. Applying the spectral shifting technique, the virtual modes of motion equation are eliminated. Standard procedure in structural dynamic is directly applicable for time domain problem. Since the coefficient matrixes of equation are banded and symmetric, the equation can be solved efficiently by using the direct time domain integration method. Numerical examples demonstrate the increased robustness, accuracy and superiority of the proposed method. The suitability of proposed method for time domain simulations of complex systems is also demonstrated.
고속열차의 주위의 유통특성은 열차의 항력 및 소음 등 전반적인 특성에 영향을 주는 인자이다. 특히 고속열차의 유동 경계층은 유동 특성에 큰 영향을 미치는데, 기존의 연구는 주로 열차 주행 시 발생하는 측면 열차풍이나 열차의 하부 열차풍에 대한 연구가 주로 이루어져왔다. 열차 상부 경계층의 측정 및 분석도 매우 중요한데, 이는 열차 상부에 위치한 팬터그래프의 유동입력 조건에 상부 경계층이 가장 큰 영향을 미치기 때문이다. 본 연구에서는 차세대 고속열차의 1/20 축소모델을 이용하여 열차의 상부경계층 조건을 확인하였고, 그 결과를 풀 스케일 전산유체해석결과와 비교하여 그 타당성을 검증하였다. 이를 통하여 팬터그래프로 유입되는 유동속도는 열차 주행속도의 약 85% 수준임을 확인하였으며, 또한 열차 길이방향에 따른 유동 경계층의 성장특성을 분석하였다.
This paper provides a semi-analytical approach to investigate the variations of 3D displacement components, electric potential, stresses, electric displacements and transverse vibration frequencies in laminated piezoelectric composite plates based on the scaled boundary finite element method (SBFEM) and the precise integration algorithm (PIA). The proposed approach can analyze the static and dynamic responses of multilayered piezoelectric plates with any number of laminae, various geometrical shapes, boundary conditions, thickness-to-length ratios and stacking sequences. Only a longitudinal surface of the plate is discretized into 2D elements, which helps to improve the computational efficiency. Comparing with plate theories and other numerical methods, only three displacement components and the electric potential are set as the basic unknown variables and can be represented analytically through the transverse direction. The whole derivation is built upon the three dimensional key equations of elasticity for the piezoelectric materials and no assumptions on the plate kinematics have been taken. By virtue of the equilibrium equations, the constitutive relations and the introduced set of scaled boundary coordinates, three-dimensional governing partial differential equations are converted into the second order ordinary differential matrix equation. Furthermore, aided by the introduced internal nodal force, a first order ordinary differential equation is obtained with its general solution in the form of a matrix exponent. To further improve the accuracy of the matrix exponent in the SBFEM, the PIA is employed to make sure any desired accuracy of the mechanical and electric variables. By virtue of the kinetic energy technique, the global mass matrix of the composite plates constituted by piezoelectric laminae is constructed for the first time based on the SBFEM. Finally, comparisons with the exact solutions and available results are made to confirm the accuracy and effectiveness of the developed methodology. What's more, the effect of boundary conditions, thickness-to-length ratios and stacking sequences of laminae on the distributions of natural frequencies, mechanical and electric fields in laminated piezoelectric composite plates is evaluated.
Park, Jong-Beom;Choi, Youngin;Lee, Sang-Jeong;Park, No-Cheol;Park, Kyoung-Su;Park, Young-Pil;Park, Chan-Il
Nuclear Engineering and Technology
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제46권5호
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pp.689-698
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2014
Reactor internals are sensitive to dynamic loads such as earthquakes and flow induced vibration. Thus, it is essential to identify the dynamic characteristics to evaluate the seismic integrity of the structures. However, a full-sized system is too large to perform modal experiments, making it difficult to extract data on its modal characteristics. In this research, we constructed a finite element model of the APR1400 reactor internals to identify their modal characteristics. The commercial reactor was selected to reflect the actual boundary conditions. Our FE model was constructed based on scale-similarity analysis and fluid-structure interaction investigations using a fabricated scaled-down model.
The Component Mode Synthesis Method for the -vibration analysis can be applied to the large-scaled structures, which have difficulty in modeling because of their intricate shapes and boundary conditions and need much time in computational calculations. This paper uses the Component Mode Synthesis Method to analyze the free vibration for the steel box bridge having the large number of D.O.F as an example of the large structural system. By comparing the CMS method to the other method (FEM), this paper proves the accuracy of the solution in techniques and the efficiency in time.
This paper describes dynamic manipulability analysis of robotic arms moving in viscous fluid. The Manipulability is a functionality of manipulator system in a given configuration and under the limits of joint ability with respect to the tasks required to bt performed. To investigate the manipulability of underwater robotic arms, a modeling and analysis method are presented. The dynamic equation of motion of underwater manipulator is derived from the Lagrange - Euler equation considering with the hydraulic forces caused by added mass, buoyancy and hydraulic drag. The hydraulic drag term in the equation: is established as analytical form using Denavit - Hartenberg (D-H) link coordination of manipulator. Two analytical approaches based on Manipulability Ellipsoid are presented to visualize the manipulability of robotic arm moving in viscous fluid. The one is scaled ellipsoid which transforms the boundary of joint torque to acceleration boundary of end-effector by normalizing the torque in joint space while the other is shifted ellipsoid which depicts total acceleration boundary of end-effector by shifting the ellipsoid in work space. An analysis example of 2-link manipulator with proposed analysis scheme is presented to validate the method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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