Vivar-Perez, Juan M.;Duczek, Sascha;Gabbert, Ulrich
Smart Structures and Systems
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v.13
no.4
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pp.587-614
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2014
In recent years the interest in online monitoring of lightweight structures with ultrasonic guided waves is steadily growing. Especially the aircraft industry is a driving force in the development of structural health monitoring (SHM) systems. In order to optimally design SHM systems powerful and efficient numerical simulation tools to predict the behaviour of ultrasonic elastic waves in thin-walled structures are required. It has been shown that in real industrial applications, such as airplane wings or fuselages, conventional linear and quadratic pure displacement finite elements commonly used to model ultrasonic elastic waves quickly reach their limits. The required mesh density, to obtain good quality solutions, results in enormous computational costs when solving the wave propagation problem in the time domain. To resolve this problem different possibilities are available. Analytical methods and higher order finite element method approaches (HO-FEM), like p-FEM, spectral elements, spectral analysis and isogeometric analysis, are among them. Although analytical approaches offer fast and accurate results, they are limited to rather simple geometries. On the other hand, the application of higher order finite element schemes is a computationally demanding task. The drawbacks of both methods can be circumvented if regions of complex geometry are modelled using a HO-FEM approach while the response of the remaining structure is computed utilizing an analytical approach. The objective of the paper is to present an efficient method to couple different HO-FEM schemes with an analytical description of an undisturbed region. Using this hybrid formulation the numerical effort can be drastically reduced. The functionality of the proposed scheme is demonstrated by studying the propagation of ultrasonic guided waves in plates, excited by a piezoelectric patch actuator. The actuator is modelled utilizing higher order coupled field finite elements, whereas the homogenous, isotropic plate is described analytically. The results of this "semi-analytical" approach highlight the opportunities to reduce the numerical effort if closed-form solutions are partially available.
[ $9\%$ ] nickel steel LNG storage tank have double containments that can store cryogenic LNG independently. Inner tank material is used as $9\%$ nickel steel and outer tank is constructed by concrete. Comer protection which is installed on inner surface of concrete corner is consist of $9\%$ nickel steel liner and form glass insulator that make reduce tension at corner when LNG is leaked from inner tank. It is very difficult to design corner protection because expansion and contraction of liner make stress state complex. Corner protections of operating tank in KOGAS are designed by Japanese engineering company such as TKK, KHI and England company of WHESSOE. This paper is mainly focused on the integrity comparison of them according to requirements of Appendix 4 in ASME Section VIII Div. 2 by using FEM.
Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics D
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v.36D
no.3
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pp.48-58
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1999
In this paper, a new parallel computation method, which fully utilize the parallel processors both in mesh generation and FEM calculation for 2D/3D process simulation, is presented. High performance parallel FEM and parallel linear algebra solving technique was showed that excessive computational requirement of memory size and CPU time for the three-dimensional simulation could be treated successively. Our parallelized numerical solver successfully interpreted the transient enhanced diffusion (TED) phenomena of dopant diffusion and irregular shape of R-LOCOS within 15 minutes. Monte Carlo technique requires excessive computational requirement of CPU time. Therefore high performance parallel solving technique were employed to our cascade sputter simulation. The simulation results of Our sputter simulator allowed the calculation time of 520 sec and speedup of 25 using 30 processors. We found the optimized number of ion injection of our MC sputter simulation is 30,000.
Lee Seong Kon;Song Yoonho;Kim Jung-Ho;Chung Seung-Hwan
Geophysics and Geophysical Exploration
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v.5
no.4
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pp.291-298
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2002
We have developed a two-dimensional (2-D) magnetotelluric (MT) inversion algorithm, which can include topographic effects in inversion. We use the finite element method (FEM) to incorporate topography into forward calculation. Topography is implemented simply by moving nodes of rectangular elements in z-direction according to the elevation of air-earth interface. In the inversion process, we adopt a spatially variable Lagrangian multiplier algorithm in the smoothness-constrained least-squares inversion. The inversion algorithm developed in this study reconstructs subsurface resistivity structure quite well when topography variation exists. Also, it turns out to be effective in both resolution and stability from a model study and field data application.
Springback is one of the most difficult phenomena to analyze and control in sheet forming. Most of traditional springback control methods rely on experiences of skilled workers in industrial fields. This study focuses on prediction and generation of optimum reconfigurable die surfaces to control shape errors originated by springback. For this purpose, a deformation transfer function(DTF) was combined with finite element analysis of the springback in the 2D sheet forming model of elastic-perfectly plastic materials under the condition without blank holder. The results showed shape errors within 1% of the objective shape, which were comparable with analytically predicted errors. In addition to this theoretical analysis, DTF method was also applied to 2D and 3D sheet forming experiments. The experimental results showed ${\pm}0.5$ mm and ${\pm}1.0$ mm shape error distribution respectively, demonstrating that reconfigurable die surfaces were predicted well by the DTF method. Irrespective of material properties and sheet thickness, the DTF method was applicable not only to FEM simulation but also to 2D and 3D elasto-reconfigurable die forming. Consequently, this study shows that springback can be controlled effectively in the elasto-RDF system by using the DTF method.
Journal of international Conference on Electrical Machines and Systems
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v.1
no.2
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pp.10-17
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2012
This paper presents an improved iron loss model, for the computation of the no load iron loss in the stator core of the in-wheel permanent magnet synchronous motors (PMSM), for the cases of with and without stator skew. 2-D analytical model is used for the computation of tooth and yoke flux densities of the in-wheel PMSM. The no load iron loss computed by the improved iron loss model, for the cases of with and without skew is compared with the finite element method (FEM) and the results show good consistency.
This paper presents an analysis of 2-dimensional(2-D) multi-regions problem using boundary integral equation method(BIEM). When compared with finite element method(FEM), there are only a few unknown variables in BIEM because it implements numerical analysis only for the surface or boundary of a model. As a result, a lot of computational memory and time can be saved. Procedure to analyze 2-D multi-regions problem using potentials and its derivatives in a boundary as unknown variables, first, numerical analysis is performed for each of subregions. And then interface continuity condition is applied to the interface between them and Gauss Quadrature Formula are adopted to solve singular integral in a boundary in this paper.
It is well-known fact that tidal difference between the ebb and flow in Yellow Sea is about 9 m so that it has largest value in the world. This wide range of tide level enables Yellow Sea water to intrude into main stream of Han River. However, the study of the tidal reach of Han River has not been carried out thoroughly since North and South Koreas share this region so that topography data and physical measurement are lacking. In this study, to examine the reverse flow and dispersion behavior by tidal effect at the tidal reach of Han River, 2-D river analysis models were applied. RMA-2 was applied to calculate the horizontal velocities and water surface elevation. With the results of velocities and water depth, RAM4, which is 2-D advection-dispersion model based on FEM was simulated to analyze the horizontal transport behavior of BOD.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.18
no.2
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pp.113-121
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2005
In order to resolve a common numerical integration inaccuracy of meshfree methods, we introduce an improved natural clement method called Petrov-Galerkin natural element method(PG-NEM). While Laplace basis function is being taken for the trial shape function, the test shape function in the present method is differently defined such that its support becomes a union of Delaunay triangles. This approach eliminates the inconsistency of tile support of integrand function with the regular integration domain, and which preserves both simplicity and accuracy in the numerical integration. In this paper, the validity of the PG-NEM is verified through the representative benchmark problems in 2-d linear elasticity. For the comparison, we also analyze the problems using the conventional Bubnov-Galerkin natural element method(BG-NEM) and constant strain finite clement method(CS-FEM). From the patch test and assessment on convergence rate, we can confirm the superiority of the proposed meshfree method.
Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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v.50
no.11
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pp.28-35
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2013
The Krylov-Schur algorithm has been applied to reveal the eigen-properties of the wave guide having the square cross section. The eigen-matrix equation has been constructed from FEM with the basis function of the tangential edge-vectors of the triangular element. This equation has been treated firstly with Arnoldi decomposition to obtain a upper Hessenberg matrix. The QR algorithm has been carried out to transform it into Schur form. The several eigen values satisfying the convergent condition have appeared in the diagonal components. The eigen-modes for them have been calculated from the inverse iteration method. The wanted eigen-pairs have been reordered in the leading principle sub-matrix of the Schur matrix. This sub-matrix has been deflated from the eigen-matrix equation for the subsequent search of other eigen-pairs. These processes have been conducted several times repeatedly. As a result, a few primary eigen-pairs of TE and TM modes have been obtained with sufficient reliability.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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