Various transition elements are generally used for the effective analysis of a complicated mechanical structure. In this paper, a solid-to-beam transition finite element which connects a continuum element and a $c^1-continuity$ beam element each other is proposed. The shape functions of the transition finite elements, which a 8-noded hexahedral solid element fur 3D analysis and a 4-noded quadrilateral plane element fur 2D analysis are connected to a Euler's beam element, are explicitely formulated. In order to show the effectiveness and convergence characteristics of the proposed transition elements. numerical tests are performed for various examples and their results are compared with those obtained by other methods. As the result of this study. following conclusions are obtained: (1)The proposed transition finite elements show the monotonic convergence characteristics because of having used the compatible displacement folds. (2)As being used the transition element in the finite element analysis, the finite element modelings are more convenient and the analysis results are more accurate because of the formulation characteristies of the Euler's beam element.
Korean Journal of Computational Design and Engineering
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v.10
no.1
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pp.70-75
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2005
A 3D solid element mesh generation algorithm was newly developed. 3D surface points of global rectangular coordinates were supplied by a 3D laser scanner. The algorithm is strait forward and simple but it generates mixed solid elements such as hexagonal, pyramid and prism types. Then, the surface triangular or rectangular elements were generated from the solid elements. The key of the algorithm is elimination of elements and 3D adaptive surface smoothing using given 3D surface point data.
In computing eigenvalues for a large finite element system it has been observed that the eigenvalue extractors produce eigenvectors that are in some sense more accurate than their corresponding eigenvalues. From this observation the paper uses a patch type technique based on the eigenvector for one mesh quality to provide an eigenvalue error indicator. Tests show this indicator to be both accurate and reliable. This technique was first observed by Stephen and Steven for an error estimation for buckling and natural frequency of beams and two dimensional in-plane and out-of-plane structures. This paper produces and error indicator for the more difficult problem of three dimensional brick elements.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.24
no.2
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pp.166-171
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2015
In this study, an automation tool was developed for rapid evaluation of machine tool spindle designs with automated three-dimensional finite element analysis (3D FEA) using solid elements. The tool performs FEA with the minimum data of point coordinates to define the section of the spindle shaft and bearing positions. Using object-oriented programming techniques, the tool was implemented in the programming environment of a CAD system to make use of its objects. Its modules were constructed with the objects to generate the geometric model and then to convert it into the FE model of 3D solid elements at the workbenches of the CAD system using the point data. Graphic user interfaces were developed to allow users to interact with the tool. This tool is helpful for identification of a near optimal design of the spindle based on, for example, stiffness with multiple design changes and then FEAs.
In the present paper experimental and numerical analysis of hook-ended steel fiber reinforced concrete is carried out. The experimental tests are performed on notched beams loaded in 3-point bending using fiber volume fractions up to 1.5%. The numerical analysis of fiber reinforced concrete beams is performed at meso scale. The concrete is discretized with 3D solid finite elements and microplane model is used as a constitutive law. The fibers are modelled by randomly generated 1D truss finite elements, which are connected with concrete matrix by discrete bond-slip relationship. It is demonstrated that the presented approach, which is based on the modelling of concrete matrix using microplane model, able to realistically replicate experimental results. In all investigated cases failure is due to the pull-out of fibers. It is shown that with increase of volume content of fibers the effective bond strength and slip capacity of fibers decreases.
Strauss, Alfred;Mordini, Andrea;Bergmeister, Konrad
Computers and Concrete
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v.3
no.2_3
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pp.123-144
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2006
Reinforced concrete corbels are structural elements widely used in practical engineering. The complex response of these elements is described in design codes in a simplified manner. These formulations are not sufficient to show the real behavior, which, however, is an essential prerequisite for the manufacturing of numerous elements. Therefore, a deterministic and probabilistic study has been performed, which is described in this contribution. Real complex structures have been modeled by means of the finite element method supported primarily by experimental works. The main objective of this study was the detection of uncertainties effects and safety margins not captured by traditional codes. This aim could be fulfilled by statistical considerations applied to the investigated structures. The probabilistic study is based on advanced Monte Carlo simulation techniques and sophisticated nonlinear finite element formulations.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers B
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v.55
no.6
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pp.306-313
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2006
A three dimensional adaptive finite element refinement algorithm is developed for non-linear magnetostatic field problems. In the method, the edge elements are used for finite element formulation, and the local error in each element is estimated from the fact that the tangential components of magnetic field intensity and the normal components of magnetic flux density should be continuous at the interface of the two adjacent elements. Based on the estimated error, the elements which have big error are divided into several elements using bisection method. The effectiveness of the developed algorithm is proved through numerical examples.
In this paper, we present a 3D thermo-hydro-mechanical coupled discrete beam lattice model of structure built of the nonisothermal saturated poro-plastic medium subjected to mechanical loads and nonstationary heat transfer conditions. The proposed model is based on Voronoi cell representation of the domain with cohesive links represented as inelastic Timoshenko beam finite elements enhanced with additional kinematics in terms of embedded strong discontinuities in axial and both transverse directions. The enhanced Timoshenko beam finite element is capable of modeling crack formation in mode I, mode II and mode III. Mode I relates to crack opening, mode II relates to in-plane crack sliding, and mode III relates to the out-of-plane shear sliding. The pore fluid flow and heat flow in the proposed model are governed by Darcy's law and Fourier's law for heat conduction, respectively. The pore pressure field and temperature field are approximated with linear tetrahedral finite elements. By exploiting nodal point quadrature rule for numerical integration on tetrahedral finite elements and duality property between Voronoi diagram and Delaunay tetrahedralization, the numerical implementation of the coupling results with additional pore pressure and temperature degrees of freedom placed at each node of a Timoshenko beam finite element. The results of several numerical simulations are presented and discussed.
Many pipes that are arranged longitudinally in ships have loops at intervals to prevent the failure of the pipes as they absorb large portions of the axial load caused by the bending of the hull girder and/or thermal loads when the pipes are carrying very hot fluids. Since the loops are curved at corners, an efficient method for conducting the structural analyses of these curved portions is required. In this paper, a pipe loop was analyzed by an analytical method and by the finite-element method in four different ways, i.e., based on straight-beam elements, curved-beam elements, 2-D shell elements, and 3-D solid elements. The results of the five analyses were compared to check the validity of the current curved-beam theory. The paper includes some suggestions on how to analyze the pipe loops efficiently.
A numerical method for the analysis of 3D eddy current in conductors due to applied time varying field is suggested using the finite element method. In the approximation of the field quantifies, the edge element is used, because it reduce the required computer memory and the computing time compared with the nodal elements. With edge elements, furthermore, the field governing equations become simple because the electric scalar potential ${\phi}$ can be set to zero. The modified magnetic vector potential($A^*$) is used as a state variable. The analysed results are compared with the experimentally measured ones for the TEAM workshop problem3.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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