Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.23
no.1
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pp.83-88
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2019
Structural analysis remains as an essential part of any integrated civil engineering system in today's rapidly changing computing environment. Even with enormous advancements in capabilities of computers and mobile tools, enhancing computational efficiency of algorithms is necessary to meet the changing demands for quick real time response systems. The finite element method is still the most widely used method of computational structural analysis; a robust, reliable and automated finite element structural analysis module is essential in a modern integrated structural engineering system. To be a part of an automated finite element structural analysis, an efficient adaptive mesh generation scheme based on R-H refinement for the mesh and error estimates from representative strain values at Gauss points is described. A coefficient that depends on the shape of element is used to correct overly distorted elements. Two simple case studies show the validity and computational efficiency. The scheme is appropriate for nonlinear and dynamic problems in earthquake engineering which generally require a huge number of iterative computations.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.20
no.2
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pp.195-204
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2017
Predicting the failure life of automated manufacturing systems can reduce overall downtime, maintenance costs, and total plant operation costs. Therefore, there is a growing interest in fatigue failure mechanisms as the safety or service life assessment of manufacturing systems becomes an important issue. In particular, fretting fatigue is caused by repeated tangential stresses that are generated by friction during small amplitude oscillatory movements or sliding between two surfaces pressed together in intimate contact. Previous studies in fretting fatigue have observed size effects related to contact width such that a critical contact width exists where there is drastic change in the fretting fatigue life. However, most of them are the two-dimensional finite element analyses based on the plane strain assumption. The purpose of this study is to investigate the contact size effects on the three-dimensional finite element model of a finite width of a flat specimen and a cylindrical pad exposed to fretting fatigue. The contact size effects were analyzed by means of the stress and strain averages at the element integration points of three-dimensional finite element model. This study shows that the fretting fatigue life of manufacturing systems can be predicted by three-dimensional finite element analysis based on SWT critical plane model.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.27
no.2
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pp.77-82
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2023
The structural analysis module is an essential part of any integrated structural system. Diverse integrated systems today require, from the analysis module, efficient real-time responses to real-time input such as earthquake signals, extreme weather-related forces, and man-made accidents. An integrated system may also be for the entire life span of a civil structure conceived during the initial conception, developed throughout various design stages, effectively used in construction, and utilized during usage and maintenance. All these integrated systems' essential part is the structural analysis module, which must be automated and computationally efficient so that responses may be almost immediate. The finite element method is often used for structural analysis, and for automation, many effective finite element meshes must be automatically generated for a given analysis. A computationally efficient finite element mesh generation scheme based on the r-h method of mesh refinement using strain deviations from the values at the Gauss points as error estimates from the previous mesh is described. Shape factors are used to sort out overly distorted elements. A standard cantilever beam analyzed by four-node plane stress elements is used as an example to show the effectiveness of the automated algorithm for a time-domain dynamic analysis. Although recent developments in computer hardware and software have made many new applications in integrated structural systems possible, structural analysis still needs to be executed efficiently in real-time. The algorithm applies to diverse integrated systems, including nonlinear analyses and general dynamic problems in earthquake engineering.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1996.11a
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pp.711-715
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1996
This paper describes an automated computer-aided engineering (CAE) system for micromachines whose size range 10 to 10$^3$${\mu}{\textrm}{m}$. An automatic finite element mesh generation technique, which is based on the fuzzy knowledge processing and computational geometry techniques, is incorporated into the system, together with one of commercial finite clement (FE) analysis codes, MARC, and one of commercial solid modelers, Designbase. The system allows a geometry model of concern to be a automatically converted to different FE models, depending on physical phenomena to be analyzed, i.e. electrostatic analysis, stress analysis, modal analysis and so on. The FE analysis models are then exported to the FE analysis code, and then analyses are performed. This system is successfully applied to an electrostatic micro actuator.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.37
no.1
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pp.49-56
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2024
An automated dynamic structural analysis module stands as a crucial element within a structural integrated mitigation system. This module must deliver prompt real-time responses to enable timely actions, such as evacuation or warnings, in response to the severity posed by the structural system. The finite element method, a widely adopted approximate structural analysis approach globally, owes its popularity in part to its user-friendly nature. However, the computational efficiency and accuracy of results depend on the user-provided finite element mesh, with the number of elements and their quality playing pivotal roles. This paper introduces a computationally efficient adaptive mesh generation scheme that optimally combines the h-method of node movement and the r-method of element division for mesh refinement. Adaptive mesh generation schemes automatically create finite element meshes, and in this case, representative strain values for a given mesh are employed for error estimates. When applied to dynamic problems analyzed in the time domain, meshes need to be modified at each time step, considering a few hundred or thousand steps. The algorithm's specifics are demonstrated through a standard cantilever beam example subjected to a concentrated load at the free end. Additionally, a portal frame example showcases the generation of various robust meshes. These examples illustrate the adaptive algorithm's capability to produce robust meshes, ensuring reasonable accuracy and efficient computing time. Moreover, the study highlights the potential for the scheme's effective application in complex structural dynamic problems, such as those subjected to seismic or erratic wind loads. It also emphasizes its suitability for general nonlinear analysis problems, establishing the versatility and reliability of the proposed adaptive mesh generation scheme.
This paper describes an automated evaluation of electrostatic field for micro motors whose sizes range 10 to 103um. Electric field modeling in micro motors has been generally restricted to in-plane two-dimensional finite element analysis (FEA). In this paper, the actual three-dimensional geometry of the micro motor is considered. An automatic FE mesh generation technique, which is based on the fuzzy knowledge processing and computational geometry techniques, is incorporated in the system, together with one of commercial FE analysis codes and one of commercial solid modelers. The system allows a geometry model of concern to be automatically converted to different FE models, depending on physical phenomena to be analyzed, electrostatic analysis and stress analysis and so on. The FE models are then exported to the FE analysis code, and then analyses are peformed. Then, analytical analysis and FE analysis about the torque generated by electrostatic micro motor are performed. The starting torque is proportional to $V^2$, the calculated starting torque from the two-dimensional analytical solutions are three times larger than those from the three-dimensional FE solutions.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.34
no.1
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pp.35-42
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2021
This paper presents an on-line finite element model updating method for in-service structures using measured data. Conventional updating methods, which are based on numerical optimization, are not efficient for on-line updating because they generally require repeated eigenvalue analyses until convergence criteria are met. The proposed method enables fully automated on-line finite element model updating, almost simultaneously with vibration measurement, without any user intervention or off-line procedures. The automated covariance-driven stochastic subspace identification (Cov-SSI) method is utilized to identify modal frequencies and vectors, and the identified modal data is fed to the neural network of the inverse eigenvalue function to produce the updated finite element model parameters. Numerical examples for a wind excited 20-story building structure shows that the proposed method can update the series of finite element model parameters automatically. It is also shown that sudden changes in the structural parameters can be detected and traced successfully.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.20
no.4
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pp.197-203
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2003
Accurate stress intensity factor analyses and crack growth rate of surface -cracked components in inhomogeneous materials are needed fur reliable prediction of their fatigue life and fracture strengths. This paper describes an automated stress intensity factor analysis of three-dimensional (3D) cracks in inhomogeneous materials. 3D finite element method (FEM) was used to obtain the stress intensity factor fur subsurface cracks and surface cracks existing in inhomogeneous materials. To examine accuracy and efficiency of the present system, the stress intensity factor for a semi-elliptical surface crack in a plate subjected to uniform tension is calculated, and compared with Raju-Newman's solutions. Then the system is applied to analyze cladding effect of subsurface cracks in inhomogeneous materials. The results were compared with those surface cracks in homogeneous materials. It is clearly demonstrated from these analyses that the stress intensity factors for subsurface cracks are less than those of surface cracks. Also, this system is applied to analyze cladding effect of surface cracks in inhomogeneous materials.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2002.10a
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pp.816-819
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2002
Accurate stress intensity factor analyses and crack growth rate of surface-cracked components in inhomogeneous materials are needed for reliable prediction of their fatigue lift and fracture strengths. This paper describes an automated system for analyzing the stress intensity factors of three-dimensional (3D) cracks in inhomogeneous materials. 3D finite element method (FEM) was used to obtain the stress intensity factor for subsurface cracks and surface cracks existing in inhomogeneous materials. To examine accuracy and efficiency of the present system, the stress intensity factor for a semi-elliptical surface crack in a plate subjected to uniform tension is calculated, and compared with Raju-Newman's solutions. Then the system is applied to analyze cladding effect of subsurface cracks in inhomogeneous materials. The results were compared with those surface cracks in homogeneous materials. It is clearly demonstrated from these analyses that the stress intensity factors for subsurface cracks are less than those of surface cracks.
Seismic collapse analysis requires efficient and automated method to perform thousands of time history analyses. The paper introduced the advantages of speed and convergence property of explicit method, provided a few techniques to accelerate speed of calculation and developed an automated procedure for collapse assessment, which combines the strong capacity of commercial explicit finite element software and the flexible, intelligent specialties of control program written in FORTRAN language aiming at collapse analysis, so that tedious and heavy work of collapse analysis based on FEMAP695 can be easily implemented and resource of calculation can be made the best use of. All the key commands of control program are provided to help analyzers and engineers to cope with collapse assessment conveniently.
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