Background: Tetrahedral-mesh geometries can be used in the MCNP code, but the MCNP code accepts only the geometry in the Abaqus input file format; hence, the existing tetrahedral-mesh models first need to be converted to the Abacus input file format to be used in the MCNP code. In the present study, we developed a simple but useful computer program, TET2MCNP, for converting TetGen-generated tetrahedral-mesh models to the Abacus input file format. Materials and Methods: TET2MCNP is written in C++ and contains two components: one for converting a TetGen output file to the Abacus input file and the other for the reverse conversion process. The TET2MCP program also produces an MCNP input file. Further, the program provides some MCNP-specific functions: the maximum number of elements (i.e., tetrahedrons) per part can be limited, and the material density of each element can be transferred to the MCNP input file. Results and Discussion: To test the developed program, two tetrahedral-mesh models were generated using TetGen and converted to the Abaqus input file format using TET2MCNP. Subsequently, the converted files were used in the MCNP code to calculate the object- and organ-averaged absorbed dose in the sphere and phantom, respectively. The results show that the converted models provide, within statistical uncertainties, identical dose values to those obtained using the PHITS code, which uses the original tetrahedral-mesh models produced by the TetGen program. The results show that the developed program can successfully convert TetGen tetrahedral-mesh models to Abacus input files. Conclusion: In the present study, we have developed a computer program, TET2MCNP, which can be used to convert TetGen-generated tetrahedral-mesh models to the Abaqus input file format for use in the MCNP code. We believe this program will be used by many MCNP users for implementing complex tetrahedral-mesh models, including computational human phantoms, in the MCNP code.
In the finite element analysis of forming process, objects are described with a finite number of elements and nodes and the approximated solutions can be obtained by the variational principle. One of the shortcomings of a finite element analysis is that the structure of mesh has become inefficient and unusable because discretization error increases as deformation proceeds due to severe distortion of elements. If the state of current mesh satisfies a certain remeshing criterion, analysis is stopped instantly and resumed with a reconstructed mesh. In the study, a new remeshing algorithm using tetrahedral elements has been developed, which is adapted to the desired mesh density. In order to reduce the discretization error, desired mesh sizes in each lesion of the workpiece are calculated using the Zinkiewicz and Zhu's a-posteriori error estimation scheme. The pre-constructed mesh is constructed based on the modified point insertion technique which is adapted to the density function. The object domain is divided into uniformly-sized sub-domains and the numbers of nodes in each sub-domain are redistributed, respectively. After finishing the redistribution process of nodes, a tetrahedral mesh is reconstructed with the redistributed nodes, which is adapted to the density map and resulting in good mesh quality. A goodness and adaptability of the constructed mesh is verified with a testing measure. The proposed remeshing technique is applied to the finite element analyses of forging processes.
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.
This paper describes an analysis of the three-dimensional eddy current problems by the finite element method using magnetic vector potential and electric scalar potential. The finite element formulation uses first-order shape functions and tetrahedral elements. The validity of this formalation is ensured as the result of the sphere conductor model problem in a sinusoidal magnetic field.
Scattering source calculations using conventional spherical harmonic expansion may require lots of computation time to treat full-coupled three-dimensional photon-electron transport in a highly anisotropic scattering medium where their scattering cross sections should be expanded with very high order (e.g., $P_7$ or higher) Legendre expansions. In this paper, we introduce a modified scattering kernel approach to avoid the unnecessarily repeated calculations involved with the scattering source calculation, and used it with parallel computing to effectively reduce the computation time. Its computational efficiency was tested for three-dimensional full-coupled photon-electron transport problems using our computer program which solves the multi-group discrete ordinates transport equation by using the discontinuous finite element method with unstructured tetrahedral meshes for complicated geometrical problems. The numerical tests show that we can improve speed up to 17~42 times for the elapsed time per iteration using the modified scattering kernel, not only in the single CPU calculation but also in the parallel computing with several CPUs.
In this paper, we present a 3D thermo-hydro-mechanical coupled discrete beam lattice model of structure built of the nonisothermal saturated poro-plastic medium subjected to mechanical loads and nonstationary heat transfer conditions. The proposed model is based on Voronoi cell representation of the domain with cohesive links represented as inelastic Timoshenko beam finite elements enhanced with additional kinematics in terms of embedded strong discontinuities in axial and both transverse directions. The enhanced Timoshenko beam finite element is capable of modeling crack formation in mode I, mode II and mode III. Mode I relates to crack opening, mode II relates to in-plane crack sliding, and mode III relates to the out-of-plane shear sliding. The pore fluid flow and heat flow in the proposed model are governed by Darcy's law and Fourier's law for heat conduction, respectively. The pore pressure field and temperature field are approximated with linear tetrahedral finite elements. By exploiting nodal point quadrature rule for numerical integration on tetrahedral finite elements and duality property between Voronoi diagram and Delaunay tetrahedralization, the numerical implementation of the coupling results with additional pore pressure and temperature degrees of freedom placed at each node of a Timoshenko beam finite element. The results of several numerical simulations are presented and discussed.
A new control volume finite element method is proposed for three dimensional analysis of polymer flow. Tetrahedral finite element is employed and co-located interpolation procedure for pressure and velocity is implemented. Inclusion of pressure gradient term in the velocity shape functions prevents the checkerboard pressure field from being developed. Vectorial nature of pressure gradient is considered in the velocity shape function so that velocity profile in the limit of very small Reynolds number becomes physically meaningful. The proposed method was verified through three dimensional simulation of pipe flow problem for Newtonian and power-law fluid. Calculated pressure and velocity field showed an excellent agreement with analytic solutions for pressure and velocity. Driven-cavity problem, which is reported to yield checkerboard pressure filed when conventional finite element method is applied, could be solved without yielding checkerboard pressure field when the proposed control volume finite element method was applied. The proposed method could be successfully applied to the three dimensional mold filling problem.
An approach to adaptive finite element analysis of three-dimensional forging processes is presented in this paper. In the approach, an optimal tetrahedral element generation technique is employed and the mesh density is specified by the combination of the normalized effective strain and the normalized effective strain rate. The approach is applied to computer simulation of an enclosed die forging process of a bevel gear and its results are compared with experiments.
In this paper, an automated adaptive mesh generation scheme, based on an advancing-front-Delaunay method, is developed for finite element simulation of three dimensional bulk metal forming processes. During the simulation, the finite element mesh system is adaptively remeshed whenever the mesh is unacceptable. Several schemes are developed such as curvature compensation scheme to minimize volume loss, optimal smoothing scheme to improve element quality, etc. The presented approach is evaluated and applied to automatic forging simulation in order to demonstrate the effect of the developed schemes.
본 연구에서는 상대적으로 얇은 두께의 스트럿을 가진 스텐트를 적용하여 스텐트의 공극률(80%, 74% 및 64%)에 따른 뇌동맥류 내부 유동 특성 변화를 이해하고자 CFD 해석을 수행하고, 기존의 발표된 실험 결과와 비교하였다. 수치해석 방법으로는 이차의 사면체 요소(quadratic tetrahedral element) 기반의 유한요소해석(FEM) 코드를 이용하였다. 뇌동맥류 내부 평균유속 감소비의 정량적인 면에서는 실험결과와 약간의 차이를 보였으나, 스텐트 공극률에 따른 뇌동맥류 내부 유동장 패턴 및 평균유속 감소의 상대적 특성 등은 비교적 잘 일치하는 것을 확인할 수 있었다. 또한 본 연구에서 고려한 가장 높은 80% 공극률을 가지는 스텐트의 경우에도 비교적 우수한 뇌동맥류 유입 유속 감소 효과를 가짐을 확인할 수 있었으며, 이보다 더 낮은 공극률을 가진 스텐트의 경우에는 약간의 추가적인 뇌동맥류 유입 유속 감소 효과를 가지나, 유속 및 벽전단응력 등의 혈류역학적 특성은 큰 변화가 없음을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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