Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2001.04a
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pp.26-33
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2001
This paper compares conventional beam analyses with exact three dimensional plate analyses through numerical examples with plates under wind loads in order to study the disadvantages of conventional simplified beam analyses of wind-loaded structures, Bending moments and principal stresses from beam analyses are good agreements with those from plate analyses but torsional moments are not. And it is possible to get result forces which are variant along width directions from plate analyses but not from beam analyses due to constant distributions of result forces along width directions. Therefore exact three dimensional plate analyses are required in the analyses of wind-loaded structures instead of conventional simplified beam analyses.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.6
no.3
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pp.97-102
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2002
Two dimensional Analysis has been applied to most of tunnel lining design in these days. Two dimensional analysis uses beam or curved beam element for finite element method. But because the behaviors of tunnel concrete lining structure is near to shell, it is required to model the tunnel lining as shell structure for safety design of tunnel lining structure. In this paper, two dimensional analysis by beam element and the three dimensional analysis by shell element of tunnel concrete lining are studied, in which 3 type of tunnel lining and lateral pressure factors are considered. As results of the study, three dimensional analyses of the behavior of tunnel concrete lining structure considering lateral pressure factor shows that the moment of three dimensional analysis is greater than those of two dimensional analysis. The results shows that three dimensional analysis is necessary for safety design of tunnel lining.
This paper presents a dynamic analysis of three-dimensional beams. Structures made of functionally graded materials are considered. Several higher-order as well as classical theories are derived by means of a compact notation for the a-priori expansion order of the displacement field over the beam cross-section. The governing differential equations and boundary conditions are obtained in a condensed nuclear form that does not depend on the kinematic hypotheses. The problem is, then, exactly solved in space by means of a Navier-type solution, whereas time integration is performed by means of Newmark's solution scheme. Slender and short simply supported beams are investigated. Results are validated towards three-dimensional FEM results obtained via the commercial software ANSYS. Numerical investigations show that good accuracy can be obtained through the proposed formulation provided that the appropriate expansion order is considered.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.34
no.3
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pp.76-84
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1997
At the initial design stage, for rapid evaluation of strength of ship structures, finite element analysis using beam elements is carried out in general. In beam modeling of ship structures, brackets are usually represented by rigid elements to simplify the analysis. Extent of rigid ends, which is called as a span point, can be determined from the three kinds of view points, i.e., bending, shearing and axial deformation. In this paper, a 2-dimensional novel beam element is developed and a method to replace the 3-dimensional analysis with 2-dimensional analysis is proposed. The developed novel beam element named rigid-ended beam element can consider the effect of three kinds of span points within one element, which was impossible in modeling with the ordinary beam element. Calculated results for the portal frame using the rigid-ended beam element agree with the results using membrane elements. And also, the proposed semi 3-dimensional analysis method which includes two step analysis using influence coefficients shows good accuracy. Structural analysis using the rigid-ended beam element and the semi 3-dimensional method is revealed to have good computing efficiency due to unnecessity of elements corresponding to the brackets and simplification of 3-dimensional analysis.
In this paper, a 2-dimensional novel beam element is developed and a method to replace the 3-dimensional analysis with 2-dimensional analysis is proposed. The developed novel beam element named rigid-ended beam element can consider the effect of three kinds of span points within one element, which was impossible in modeling with the ordinary beam element. Calculated results for the portal frame using the rigid-ended beam element agree with the results using membrane element. And also, the proposed simplified 3- dimensional analysis method which includes two step analysis using influence coefficients shows good accuracy. Structural analysis using the rigid-ended beam element and the simplified 3-dimensional method is revealed to have good computing efficiency due to unnecessity of the elements corresponding to the brackets and simplification of 3-dimensional analysis.
This paper discusses a new model for investigating the micro-mechanical behavior of beam-like structures composed of various elastic moduli and complex geometries varying through the cross-sectional directions and also periodically-repeated along the axial directions. The original three-dimensional problem is first formulated in an unified and compact intrinsic form using the concept of decomposition of the rotation tensor. Taking advantage of two smallness of the cross-sectional dimension-to-length parameter and the micro-to-macro heterogeneity and performing homogenization along dimensional reduction simultaneously, the variational asymptotic method is used to rigorously construct an effective zeroth-order beam model, which is similar a generalized Timoshenko one (the first-order shear deformation model) capable of capturing the transverse shear deformations, but still carries out the zeroth-order approximation which can maximize simplicity and promote efficiency. Two examples available in literature are used to demonstrate the consistence and efficiency of this new model, especially for the structures, in which the effects of transverse shear deformations are significant.
Two-dimensional binary-phase diffraction gratings which can be employed to fabricate two- and three-dimensional periodic structures are designed and analyzed using rigorous coupled-wave analysis. These gratings serve as phase-masks which generate several diffracted waves from a normally incident beam and thus can produce a periodic interference pattern in space via nearfield holography. The properties of the diffracted beams can be controlled by varying the polarization and wavelength of the incident beam, surface-profile, groove depth and duty cycle of the mask. For the two-dimensional structure, optimum results can be obtained when the diffraction efficiency of the zero-order beam is minimized while that of the first-order maximized. On the other hand, when the diffraction efficiency of the zero-order is appreciable or even greater than other orders, we can obtain a variety of three-dimensional interference patterns which may be used to fabricate photonic crystals of tetragonal-body-centered and hexagonal structures in a submicron scale. scale.
Proceedings of the Korean Society of Machine Tool Engineers Conference
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2004.04a
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pp.490-493
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2004
There is great difficulty in machine below 10 micrometers by conventional machining methods, such as micro-EDM. However, ultra micro machining using focused ion beam(FIB) is able to machine to 50 nanometers. Bie & moulds techniques are better than one-to-one machining techniques in regards to production costs in the mass production of ultra size structures. Also, it is advantageous to machine die & moulds to the 10 micrometers level by FIB technique rather than other techniques. It is difficult to machine the three dimensional machining, such as micro lens, using FIB system because of their machining characteristics. In this paper, three dimensional machining techniques were properly introduced, and also experiments showed effectiveness of their techniques.
This paper is concerned with static and dynamic shape control of a laminated Bernoulli-Euler beam hosting a uniformly distributed array of resistively interconnected piezoelectric patches. We present an analytical one-dimensional model for a laminated piezoelectric beam with material discontinuities within the framework of Bernoulli-Euler and extent the model by a network of resistors which are connected to several piezoelectric patch actuators. The voltage of only one piezoelectric patch is prescribed: we answer the question how to design the interconnected resistive electric network in order to annihilate lateral vibrations of a cantilever. As a practical example, a cantilever with eight patch actuators under the influence of a tip-force is studied. It is found that the deflection at eight arbitrary points along the beam axis may be controlled independently, if the local action of the piezoelectric patches is equal in magnitude, but opposite in sign, to the external load. This is achieved by the proper design of the resistive network and a suitable choice of the input voltage signal. The validity of our method is exact in the static case for a Bernoulli-Euler beam, but it also gives satisfactory results at higher frequencies and for transient excitations. As long as a certain non-dimensional parameter, involving the number of the piezoelectric patches, the sum of the resistances in the electric network and the excitation frequency, is small, the proposed shape control method is approximately fulfilled for dynamic load excitations. We evaluate the feasibility of the proposed shape control method with a more refined model, by comparing the results of our one-dimensional calculations based on the extended Bernoulli-Euler equations to three-dimensional electromechanically coupled finite element results in ANSYS 12.0. The results with the simple Bernoulli-Euler model agree well with the three-dimensional finite element results.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.4
no.3
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pp.53-61
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1984
A nonlinear formulation of a beam finite element(NB6) on the total Lagrangian mode for the geometrically nonlinear analysis of two-dimensional elastic framed structures is presented. The NB6 beam element has been degenerated from the three-dimensional continuum by introducing the deep beam assumptions and consists of three reference nodes and three relative nodes. The element characteristics are derived by discretizing the beam equations of motion using the Galerkin weighted residual method and are reduced-integrated repeatedly for each loading step by the Newton-Raphson iteration techpique. Several numerical examples are given to demonstrate the accuracy and versatility of the proposed nonlinear NB6 beam element.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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