A spectral element method(SEM) is introduced for the vibration analysis of a rectangular plate subject to dynamic concentrated loads. First, the spectral plate element is derived from the relations between the forces and displacements along the two opposite edges of plate element. The global spectral matrix equation is then formulated by assembling two spectral plate elements so that the dynamic concentrated load is located at the connection nodal line between two plate elements. the concentrated load is then spatially Fourier transformed in the direction of the connection nodal line to transform the two-dimensional plate problem into a simplified equivalent one-dimensional beam-like problem. We may benefit from these procedures in that the spectral results from the present SEM is compared with the exact analytical solutions to prove the remarkable accuracy of the present SEM, while this is not true for conventional finite element solutions, especially at high frequency.
판재의 비드 용접과정에서 열응력과 각변형의 발생기구 및 크기를 판재 단면에 대한 2차원 유한 요소해석을 통해 규명하고자 할 때 판재의 3차원 특성을 판재 길이의 크기효과로 간주하여, 구속경계조 건으로 설정함으로써 2차원 해석으로도 더욱 실제에 근접한 현상해석이 가능함을 제안하고자 하였다. 먼저 용접 입열에 의한 판재 내부의 천이 온도분포를 해석하였고, 이를 열응력 해석에 활용하였다. 2차 원 열응력 해석에 있어, 용접도중에 단면 전체가 길이 방향으로 동일한 크기의 변위를 한다고 가정하여 일정 변위를 길이 방향 경계조건으로 설정하고, 판재의 길이에 따라 각변형의 발생이 구속된다고 가정 하여, 판재의 길이에 의한 구속효과를 상당 구속력으로 간주하여 이를 단면 부재의 회전방향에 대한 경 계조건으로 설정함으로써 판재의 3차원 특성을 고려하고자 하였다. 제안된 방법에 의한 응력 분포 형태, 각변형 크기 등의 해석 결과가 기존의 2차원 해석 결과에 비해 실제에 더 근접함을 보여 주었다.
A finite element model for polarization switching in electro-mechanically coupled materials is proposed and applied to predict the switching behavior of a two-dimensional ferroelectric ceramic. A complicated micro-structure existing in the material is modeled as il continuum body and a simple 3 node triangle finite element with nodal displacement and voltage degrees of freedom is used for a finite element analysis. The elements use nonlinear constitutive equations, switching criterion and kinetic relation, fur representation of material response at strong electric and stress fields. The polarization state of the material is represented by internal variables in each element, which are updated at each simulation step based on the proposed constitutive equations. The model reproduces strain and electric displacement hysteresis loops observed in the material.
An adaptive finite element method for analyzing two-dimensional and axisymmetric nonlinear elastic fracture mechanics problems with cracks is presented. The J-integral is used as a parameter to characterize the severity of stresses and deformation near crack tips. The domain integral technique, for which all relevant quantities are integrated over any arbitrary element areas around the crack tips, is utilized as the J-integral solution scheme with 9-node degenerated crack tip elements. The solution accuracy is further improved by incorporating an error estimation procedure onto a remeshing algorithm with a solution mapping scheme to resume the analysis at a particular load level after the adaptive remeshing technique has been applied. Several benchmark problems are analyzed to evaluate the efficiency of the combined domain integral technique and the adaptive finite element method.
In this work, a mixed beam approach that combines both the stiffness and the flexibility methods has been performed to analyze the coupled composite blades with closed, two-cell cross-sections. The Reissner's semi-complementary energy functional is used to derive the beam force-displacement relations. Only the membrane part of the shell wall is taken into account to make the analysis simple and also to deliver a clear picture of the mixed method. All the cross section stiffness coefficients as well as the distribution of shear across the section are evaluated in a closed-form through the beam formulation. The theory is validated against experimental test data, detailed finite element analysis results, and other analytical results for coupled composite blades with a two-cell airfoil section. Despite the simple kinematic model adopted in the theory, an accuracy comparable to that of two-dimensional finite element analysis has been obtained for cases considered in this study.
고압을 받는 플랜트용 제품 설계 시에 대부분 강건 구조를 지양하다 보면 안전율이 높아지고 중량이 과다 해지는 문제가 있다. 본 논문은 플랜트용 이축 볼밸브 볼의 경량화를 위하여 밸브의 3차원 모델링과 ANSYS를 적용한 유한요소해석으로 응력해석을 수행한 후에, 허용 응력 범위와 설계 변경 제한 조건 내에서 최적화 과정으로 볼의 중량 감소를 달성하였다. 약 22%의 볼 중량이 감소되었고 응력은 증가하였으나 안전계수는 1.25가 되었다. 볼의 일부분에 과도한 응력이 있으나 대부분 재료의 항복응력 허용치 내에 있어 안전한 상태이다. 유동의 흐름을 제어하는 실링 (seal) 역할을 하는 시트 인서트와 시트 링 등 밸브의 3차원 모델에 대한 정적 구조해석으로 응력 값을 확인하여 안전함을 확인하였고, 또한 대칭 구조인 부분에 대해 2차원 단순 모델의 구조해석으로 같은 결과가 도출됨을 확인하였다. 본 연구의 범위는 볼의 중량 감소라 볼의 감소된 치수가 도출되었으며, 주변 부재의 재설계는 (신제품 개발에 해당되어) 본 연구에 고려되지 않는다.
A finite element method (FEM) of B-spline wavelet on the interval (BSWI) is used in this paper to solve the static and vibration problems of thin plate. Instead of traditional polynomial interpolation, the scaling functions of two-dimensional tensor product BSWI are employed to construct the transverse displacements field. The method combines the accuracy of B-spline functions approximation and various basis functions for structural analysis. Some numerical examples are studied to demonstrate the proposed method and the numerical results presented are in good agreement with the solutions of other methods.
Seat is one of the most important part of an automobile for passenger's safety especially when an accident happens. A recliner is a part of the seat assembly, having the function of adjusting the back-plate angle of a seat. Recently, many kinds of vehicles have adopted the round recliner module rather than the conventional types of recliners because of its broad compatibility and structural simplicity. In this study a two-dimensional finite element strength analysis has been performed using a commercial code ABAQUS/Standard for the purpose of developing a new round recliner model. The loading condition for the analysis is the same as the FMVSS 301 regulation. The finite element result for the round recliner has been compared with that for the conventional type.
An efficient approach to the automatic construction of effective quadrilateral finite element meshes for two-dimensional analysis is presented. The procedure is composed of, firstly, an initial mesh generation and, secondly, an h-version of adaptive refinement based on error analysis. As for an initial mesh generation scheme, a modified looping algorithm has been employed. For the adaptive refinement process, an error indicator obtained by computing the residual error of the equilibrium equations in the energy norm with a relaxation factor has been employed. Examples of mesh generation and self-adaptive mesh improvements are given. These example solutions demonstrate that an effective mesh for a given error tolerance can be obtained in a few steps of the analysis processes.
An improved analysis model for material nonlinearity induced by elasto-plastic deformation and damage including a large strain response was proposed. The elasto-plastic-damage constitutive model based on the continuum damage mechanics approach was adopted to overcome limitations of the conventional plastic analysis theory. It can manage the anisotropic tonsorial damage evolved during the time-independent plastic deformation process of materials. Updated Lagrangian finite element formulation for elasto-plastic damage coupling problems including large deformation, large rotation and large strain problems was completed to develop a numerical model which can predict all kinds of structural nonlinearities and damage rationally. Finally a finite element analysis code for two-dimensional plane problems was developed and the applicability and validity of the numerical model was investigated through some numerical examples. Calculations showed reasonable results in both geometrical nonlinear problems due to large deformation and material nonlinearity including the damage effect.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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