Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.22
no.4
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pp.335-341
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2009
In this paper, review of developed MLS-based finite elements and a proposal for their applications are described. The shape functions and their derivatives of MLS-based finite elements are constructed using Moving-Least Square approximation. In MLS-based finite element, using the adequate influence domain of weight function used in MLS approximation, kronecker delta condition could be satisfied at the element boundary. Moreover, because of the characteristics of MLS approximation, we could easily add extra nodes at an arbitrary position in MLS-based finite elements. For these reasons, until now, several variable-node elements(2D variable element for linear case and quadratic case and 3D variable-node elements) and finite crack elements are developed using MLS-based finite elements concept. MLS-based finite elements could be extended to 2D variable-node triangle element, 2D finite crack triangle element, variable-node shell element, finite crack shell element, and 3D polyhedron element. In this paper, we showed the feasibility of 3D polyhedron element at the case of femur meshing.
In this paper decay and mapped elastodynamic infinite elements, based on modified Bessel shape functions and appropriate for Soil-Structure Interaction problems are described and discussed. These elements can be treated as a new form of the recently proposed Elastodynamic Infinite Elements with United Shape Functions (EIEUSF) infinite elements. The formulation of 2D horizontal type infinite elements (HIE) is demonstrated, but by similar techniques 2D vertical (VIE) and 2D corner (CIE) infinite elements can also be formulated. It is demonstrated that the application of the elastodynamical infinite elements is the easier and appropriate way to achieve an adequate simulation including basic aspects of Soil-Structure Interaction. Continuity along the artificial boundary (the line between finite and infinite elements) is discussed as well and the application of the proposed elastodynamical infinite elements in the Finite Element Method is explained in brief. Finally, a numerical example shows the computational efficiency of the proposed infinite elements.
In this paper, we propose an automatic procedure to improve the accuracy of finite element solutions using enriched 2D solid finite elements (4-node quadrilateral and 3-node triangular elements). The enriched elements can improve solution accuracy without mesh refinement by adding cover functions to the displacement interpolation of the standard elements. The enrichment scheme is more effective when used adaptively for areas with insufficient accuracy rather than the entire model. For given meshes, an error for each node is estimated, and then proper degrees of cover functions are applied to the selected nodes. A new error estimation method and cover function selection scheme are devised for the proposed adaptive enrichment scheme. Herein, we demonstrate the proposed enrichment scheme through several 2D problems.
For the wave propagation problems, the influence of time-dependent dynamic behavior must be accounted in the analysis. In this study, the dynamic analysis method which combines finite elements and boundary elements is developed for the wave propagation problem modelling the infinity of medium through 3-D boundary elements and underground structure through degenerated finite shell elements. Performing dynamic analysis of underground tunnels by the proposed coupling method of boundary and finite elements, it is found that the change of the stiffness of structures has a good effect on the response. It is also found that the consideration of the repeating effect due to moving traffic loads which is difficult with existing 2-D dynamic analysis can be possible with the 3-D analysis in time domain.
In the present paper, development of the three-dimensional (3D) computational code based on Galerkin finite element method (GFEM) for solving the multigroup forward/adjoint diffusion equation in both rectangular and hexagonal geometries is reported. Linear approximation of shape functions in the GFEM with unstructured tetrahedron elements is used in the calculation. Both criticality and fixed source calculations may be performed using the developed GFEM-3D computational code. An acceptable level of accuracy at a low computational cost is the main advantage of applying the unstructured tetrahedron elements. The unstructured tetrahedron elements generated with Gambit software are used in the GFEM-3D computational code through a developed interface. The forward/adjoint multiplication factor, forward/adjoint flux distribution, and power distribution in the reactor core are calculated using the power iteration method. Criticality calculations are benchmarked against the valid solution of the neutron diffusion equation for International Atomic Energy Agency (IAEA)-3D and Water-Water Energetic Reactor (VVER)-1000 reactor cores. In addition, validation of the calculations against the $P_1$ approximation of the transport theory is investigated in relation to the liquid metal fast breeder reactor benchmark problem. The neutron fixed source calculations are benchmarked through a comparison with the results obtained from similar computational codes. Finally, an analysis of the sensitivity of calculations to the number of elements is performed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.3
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pp.647-660
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1995
Given the tetrahedron-based octree approximation of a solid as described in part(I) of this thesis, in this part(II) a systematic procedure of 'boundary moving' is developed for the fully automatic generation of 3D finite element meshes. The algorithm moves some vertices of the octants near the boundary onto the exact surface of a solid without transforming the topology of octree leaf elements. As a result, the inner octree leaf elements can be used as exact tetrahedral finite element meshes. In addition, as a quality measure of a tetrahedral element, 'shape value' is propopsed and used for the generation of better finite elements during the boundary moving process.
This paper deals with an optimal angle error reduction method of magnetic position sensor using hall effect elements. The angle detection simulation for the magnetic position sensor is performed by 3 dimensional finite element method and Taguchi method, one of the design of experiments. The magnetic position sensor is required to generate ideal sine and cosine waveforms from its hall effect elements according to rotation angle for precise angle information. However, the output signals are easy to include harmonics due to uneven magnetic field distribution from permanent magnet in the air-gap in the vicinity of hall effect elements. For the Taguchi method, three design parameters related to position of hall effect elements and shape of back yoke are selected. The characteristics of optimal magnetic position sensor are compared with those of original one in terms of simulation as well as experiment. Finally, the performances of the motor adopting original model and optimal model are represented for the purpose of verification of motor performance due to signals from magnetic position sensor.
In this paper, we propose a continuum mechanics based 3-D beam finite element with cross-sectional discretization allowing for warping displacements. The beam element is directly derived from the assemblage of 3-D solid elements, and this approach results in inherently advanced modeling capabilities of the beam element. In the beam formulation, warping is fully coupled with bending, shearing, and stretching. Consequently, the proposed beam elements can consider free and constrained warping conditions, eccentricities, curved geometries, varying sections, as well as arbitrary cross-sections (including thin/thick-walled, open/closed, and single/multi-cell cross-sections). We then study the modeling and predictive capabilities of the beam elements in twisting beam problems according to geometries, boundary conditions, and cross-sectional meshes. The results are compared with reference solutions obtained by analytical methods and solid and shell finite element models. Excellent modeling capabilities and solution accuracy of the proposed beam element are observed.
Journal of international Conference on Electrical Machines and Systems
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v.3
no.3
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pp.325-330
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2014
Eddy current induction is used in a wide range of electronic devices, for example in detection sensors. Due to the advances in computer hardware and software, the need for 3D computation and system comprehension is a requirement to develop and optimize such devices nowadays. Pure theoretical models are mostly limited to special cases. On the other hand, the classical use of commercial Finite Element (FE) electromagnetic 3D models is not computationally efficient and lacks modeling flexibility or robustness. The proposed approach focuses on: (1) implementing theoretical formulations in 3D (FE) model of a detection device as well as (2) an automatic Volumetric Estimation Method (VEM) developed to selectively model the target finite elements. Due to these two approaches, this model is suitable for parametric studies and optimization of the number, location, shape, and size of PCB receivers in order to get the desired target discrimination information preserving high accuracy with tenfold reduction in computation time compared to commercial FE software.
The paper presents a methodology to model three-dimensional reinforced concrete members by means of embedded discontinuity elements based on the Continuum Strong Discontinuous Approach (CSDA). Mixture theory concepts are used to model reinforced concrete as a 3D composite material constituted of concrete with long fibers (rebars) bundles oriented in different directions embedded in it. The effects of the rebars are modeled by phenomenological constitutive models devised to reproduce the axial non-linear behavior, as well as the bond-slip and dowel action. The paper presents the constitutive models assumed for the components and the compatibility conditions chosen to constitute the composite. Numerical analyses of existing experimental reinforced concrete members are presented, illustrating the applicability of the proposed methodology.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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