This study aims to analyze the S. I. F. K value upon Mode I cracks in a finite-width plate of varying thickness, which is expressed in terms of width ratio ($\omega$), thickness ratio ($\beta$) and non-dimensional crack length (λ) by using the 2-dimensional finite element method. Then, by comparing the effectiveness of the results obtained by the two finite element methods, it is seen that the 2-dimensional finite element method can be used in order to analyse the S. I. F. K values upon a various thickness model. A model is developed in order to analyze the effects of initial residual stress upon the fatigue crack growth behavior in various thickness welded specimens. In this model, crack growth rate da/dN appears to be come small as the thickness ratio with the same ΔK is increased. Also, in the initial step, as ΔK is increased with crack growth rate is decreased and then increased because the repeated compressive residual stress retards crack growth rate.
본 논문에서는 복합재의 3차원 경화 수치모사를 위해 유한요소 정식과정을 제시하였다. 이 정식을 기초로 하여 유한요소 프로그램을 개발하였다. 개발한 프로그램을 검증하기 위해 참고문헌에 제시된 수치예제에 대한 해석을 수행하였다. 본 논문에서의 경화 수치모사결과가 측정된 경화온도와 잘 일치하였다. 본 3차원 경화 수치모사에서는 1, 2차원 해석과는 달리 복합재 구조물의 임의 지점에서의 수치모사 결과분석이 가능하다. 개발된 유한요소 프로그램을 이용하면 불규칙한 형상을 가진 복합재 구조물과 일정하지 않은 오토클레이브 내부 온도분포 하에서의 경화 수치모사를 할 수 있다.
This study was intended to computerize the structural analysis of two-dimensional continuum by finite element method, and to provide a preparatory basis for more sophisticated and more generalized computer programs of this kind. A computer program, applicable to any shape of two-dimensional continuum, was formulated on the basis of 16-degree-of- freedom rectangular element. Various computational aspects pertaining to the implementation of finite element method were reviewed and settled in the course of programming. The validity of the program was checked through several case studies. To assess the accuracy and the convergence characteristics of the method, the results computed by the program were compared with solutions by other methods, namely the analytical Navier's method and the framework method. Through actual programming and analysis of the computed results, the following facts were recognized; 1) The stiffness matrix should necessarily be assembled in a condensed form in order to make it possible to discretize the continuum into practically adequate number of elements without using back-up storage. 2) For minimization of solution time, in-core solution of the equilibrium equation is essential. LDLT decomposition is recommended for stiffness matrices condensed by the compacted column storage scheme. 3) As for rectangular plates, the finite element method shows better performances both in the accuracy and in the rate of convergence than the framework method. As the number of elements increases, the error of the finite element method approaches around 1%. 4) Regardless of the structural shape, there is a uniform tendency in convergence characteristics dependent on the shape of element. Square elements show the best performance. 5) The accuracy of computation is independent of the interpolation function selected.
The purpose of the present study is the presentation of the appropriate element and shape function in the solution of the neutron diffusion equation in two-dimensional (2D) geometries. To this end, the multigroup neutron diffusion equation is solved using the Galerkin finite element method in both rectangular and hexagonal reactor cores. The spatial discretization of the equation is performed using unstructured triangular and quadrilateral finite elements. Calculations are performed using both linear and quadratic approximations of shape function in the Galerkin finite element method, based on which results are compared. Using the power iteration method, the neutron flux distributions with the corresponding eigenvalue are obtained. The results are then validated against the valid results for IAEA-2D and BIBLIS-2D benchmark problems. To investigate the dependency of the results to the type and number of the elements, and shape function order, a sensitivity analysis of the calculations to the mentioned parameters is performed. It is shown that the triangular elements and second order of the shape function in each element give the best results in comparison to the other states.
Fretting, which is a special type of wear, is defined as small amplitude tangential oscillation along the contacting interface between two materials. In nuclear power plants, fretting wear caused by flow induced vibration (FIV) can make a serious problem in a U-tube bundle in steam generator. In this study, substructure method is developed and is verified the feasibility for the finite element model of fretting wear problems. This method is applied to the two-dimensional finite element analyses, which simulate the contact behavior of actual tube to support. For these examples, computing time can be reduced up to 1/5 in comparisons with conventional finite element analyses.
The purpose of this paper is to determine a two dimensional axisymmetric model through a comparative study between a three dimensional and an axisymmetric finite element analysis of the reactor coolant piping nozzle subject to internal pressure. The finite element analysis results show that the stress adopting the axisymmetric model with the radius of equivalent spherical vessel are well agree with that adopting the three dimensional model. The the radii of equivalent spherical vessel are 3.5 times and 7.3 times of the radius of the reactor coolant piping for the safety injection nozzle and for the residual heat removal nozzle, respectively.
Preflex beam is a method of construction designed to hold the pre-compressive stresses over the concrete pier by the preflexion load. During the fabrication of the girder, welding causes residual stresses. The welding residual stresses must be relieved in order to generate the accurate compressive pre-stresses. In this study, to determine the thermal distribution characteristics on the girder by welding, both three-dimensional finite element analysis and two-dimensional finite element analysis, in a quasi-steady state, is carried out. After comparing each result between the three-dimensional analysis and the two-dimensional analysis, finite element analysis is carried out against the actual girder, and the welding thermal distribution characteristic over the preflex beam is analyzed. It is possible to provide the input data for the analysis of the welding residual stresses.
Most of agricultural structures located in seashore could not avoid rapid deterioration of concrete because chloride-ion and $CO_2$ gradually penetrate into concrete. However, since most of models can be able to describe the phenomenon of penetration by using one or two dimensional models based on finite difference method (FDM), those modes can not simulate the real geometry and it takes a lot of computational time to complete even the calculation. To overcome those weaknesses, three dimensional numerical model considering time dependent variables such as surface concentration of chloride and diffusion coefficient of domain based on finite element method (FEM) was suggested. This model also included the neutralization occurred by the penetration of $CO_2$. Because the model used various sizes of tetrahedral mesh instead of equivalent rectangular mesh, it reduced the computational time to compare with FDM. As this model is based on FEM, it will be easily extended to execute multi-physics simulation including water evaporation and temperature change of concrete.
International Journal of Fuzzy Logic and Intelligent Systems
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제4권2호
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pp.193-198
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2004
This paper describes an automatic finite element (FE) mesh generation for three-dimensional structures consisting of tree-form surfaces. This mesh generation process consists of three subprocesses: (a) definition of geometric model, (b) generation of nodes, and (c) generation of elements. One of commercial solid modelers is employed for three-dimensional solid structures. Node is generated if its distance from existing node points is similar to the node spacing function at the point. The node spacing function is well controlled by the fuzzy knowledge processing. The Voronoi diagram method is introduced as a basic tool for element generation. Automatic generation of FE meshes for three-dimensional solid structures holds great benefits for analyses. Practical performances of the present system are demonstrated through several mesh generations for three-dimensional complex geometry.
범용유한요소프로그램인 Abaqus의 확장유한요소법(XFEM)의 사용성 검증을 위하여 2차원 모델에 적용하여 수치해석을 수행하였다. 기존의 연구에 많이 사용되었던 응집요소(cohesive element) 모델은 균열 경로를 예측하고 요소를 삽입하여야 하는 단점 때문에 실제 균열을 모사하는데 한계가 있다. 이러한 이유로 응력의 방향성 및 특이성을 바탕으로 균열의 경로를 예측하는 확장유한요소법(XFEM)이 균열 해석에 있어서 더 발전된 방법으로 이용되어 왔다. 이번 연구에서는 균열의 경로가 자명한 2차원 모델에 사용하여 응집요소해석과 XFEM에 응집요소의 물성을 적용한 해석을 비교하고 XFEM 적용의 타당성을 확인하였다. 수치해석으로 균열 발생 직전의 응력분포 및 응력 특이성을 확인하고 실제 균열 발생경로와의 비교를 한다. 본 연구를 바탕으로 몇 가지의 한계를 극복하면 실제 복잡한 모델의 실제 균열진전해석을 수행하여 균열을 모사할 수 있을 것으로 기대된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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