Soleimani, Iman;Beni, Yaghoub T.;Dehkordi, Mohsen B.
Structural Engineering and Mechanics
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v.65
no.1
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pp.33-41
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2018
In this paper, using modified couple stress theory in place of classical continuum theory, and using shell model in place of beam model, vibrational behavior of nanotubes is investigated via the finite element method. Accordingly classical continuum theory is unable to correctly compute stiffness and account for size effects in micro/nanostructures, higher order continuum theories such as modified couple stress theory have taken on great appeal. In the present work the mass-stiffness matrix for cylindrical shell element is developed, and by means of size-dependent finite element formulation is extended to more precisely account for nanotube vibration. In addition to modified couple stress cylindrical shell element, the classical cylindrical shell element can also be defined by setting length scale parameter to zero in the equations. The boundary condition were assumed simply supported at both ends and it is shown that the natural frequency of nano-scale shell using the modified coupled stress theory is larger than that using the classical shell theory and the results of Ansys. The results have indicated using the modified couple stress cylindrical shell element, the rigidity of the nano-shell is greater than that in the classical continuum theory, which results in increase in natural frequencies. Besides, in addition to reducing the number of elements required, the use of this type of element also increases convergence speed and accuracy.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.23
no.1
s.178
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pp.152-158
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2006
The AutoForm previously used the membrane element and it accomplished sheet metal forming analysis. The membrane analysis has been widely applied to various sheet metal forming processes because of its time effectiveness. However, it is well-known that the membrane analysis can not provide correct information for the processes which have considerable bending effects. In this research experimental results were compared with the analysis results obtained by using the shell element which is applied newly in the AutoForm commercial software. The shell element is a compromise element between continuum element and membrane element. The Finite element method by using shell element is the most efficient numerical method. From this research, it is known that FEA by using shell element can predict accurately the problems happened in actual experimental auto-body panel.
Ko Hyung-Hoon;Lee Chan-Ho;Kang Dong-Kyu;Sul Nam-Ki;Lee Kwang-Sik;Jung Dong-Won
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2005.05a
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pp.122-125
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2005
The AutoForm previously used the membrane element and it accomplished sheet metal forming analysis. The membrane analysis has been widely applied to various sheet metal forming processes because of its saving time effectiveness. However, it's well known that the membrane analysis can not provides correct information for the processes which considerable bending effects. From this time research it tried to compare the formation analysis result which uses the shell element which is applied newly in the AutoForm and actual products. The shell element is compromise method between continuum analysis and membrane analysis. The Finite element method by using shell element is the most economical numerical method. From analysis results, FEA by using shell element can estimate accurately the problems happened in actual auto-body panel.
Ko Hyung-Hoon;Lee Chan-Ho;Kang Dong-Kyu;Sul Nam-Ki;Lee Kwang-Sik;Jong Dong-Won
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2005.06a
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pp.481-484
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2005
The AutoForm previously used the membrane element and it accomplished sheet metal forming analysis. The membrane analysis has been widely applied to various sheet metal forming processes because of its time effectiveness. However, it's well known that the membrane analysis can not provide correct information for the processes which have considerable bending effects. In this research it tried to compare the analysis results which use the shell element which is applied newly in the AutoForm commercial software with actual experimental results. The shell element is compromise element between continuum element and membrane element. The Finite element method by using shell element is the most efficient numerical method. From this research, it is known that FEA by using shell element can predict accurately the problems happened in actual experimental auto-body panel.
Concentric-tube continuum robots have formed an active field of research in robotics because of their manipulative exquisiteness essential to facilitate delicate surgical procedures. A set of concentric tubes with designed initial curvatures comprises a robot whose workspace can be controlled by relative translations and rotations of the tubes. Kinematic models have been widely used to predict the movement of the robot, but they are incapable of describing its time-dependent hysteretic behaviors accurately particularly when snapping occurs. To overcome this limitation, here we present a finite element modeling approach to investigating the dynamics of concentric-tube continuum robots. In our model, each tube is discretized using MITC shell elements and its transient responses are computed implicitly using the Bathe time integration method. Inter-tube contacts, the key actuation mechanism of this robot, are modeled using the constraint function method with contact damping to capture the hysteresis in robot trajectories. Performance of the proposed method is demonstrated by analyzing three specifications of two-tube robots including the one exhibiting snapping phenomena while the method can be applied to multiple-tube robots as well.
A series of molecular dynamic (MD), finite element (FE) and ab initio simulations are carried out to establish suitable modeling schemes for the continuum-based analysis of aluminum matrix nanocomposites reinforced with carbon nanotubes (CNTs). From a comparison of the MD with FE models and inferences based on bond structures and electron distributions, we propose that the effective thickness of a CNT wall for its continuum representation should be related to the graphitic inter-planar spacing of 3.4${\AA}$. We also show that shell element representation of a CNT structure in the FE models properly simulated the carbon-carbon covalent bonding and long-range interactions in terms of the load-displacement behaviors. Estimation of the effective interfacial elastic properties by ab initio simulations showed that the in-plane interfacial bond strength is negligibly weaker than the normal counterpart due to the nature of the weak secondary bonding at the CNT-Al interface. Therefore, we suggest that a third-phase solid element representation of the CNT-Al interface in nanocomposites is not physically meaningful and that spring or bar element representation of the weak interfacial bonding would be more appropriate as in the cases of polymer matrix counterparts. The possibility of treating the interface as a simply contacted phase boundary is also discussed.
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.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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1998.03a
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pp.28-31
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1998
Wrinkling is one of the major defects in sheet metal products and may be also attributable to the wear of the tool. The initiation and growth of the wrinkles are influenced by many factors such as stress state, mechanical properites of the sheet material, geometry of the body, and contact condition. It is difficult to analyze the wrinkling initiation and growth considering the factors because the effects of the factors are very complex and the wrinkling behavior may show wide variation for small deviation of the factors. In this study, the bifurcation theory is introduced for the finite element analysis of wrinkling initiation and growth, All the above mentioned factors are conveniently considered by finite element method. The finite element formulation is based on the incremental deformation theory and elastic-plastic material modeling. The finite element analysis is carried out using the continuum-based resultant shell elements considering the planar anisotropy of the sheet metal. The proposed method is verified by employing to column buckling problem. And then, the initiation and growth of wrinkling in deep drawing of cylindrical cup are analyzed.
The dynamic response of the human brain to direct impact was studied by three-dimensional finite element modeling. The model includes a layered shell closely representing the cranial bones with the interior contents occupied by an incompressible continuum to simulate the brain. Falx and tentorium modeled with 4 node membrane element were also incorporated. The computed pressure-time histories at 4 locations within the brain element compared quite favorably with previously published experimental data from cadaver experiments. Therefore, the purpose of this study was to determine the effects of the impact direction on the dynamic response of the brain in children. A parametric study was subsequently conducted to identify the model response when the age and impact site were varied.
This paper proposes a real-time simulation technique for thin shells undergoing large deformation. Thin shells are almost two-dimensional structures visually well approximated as surfaces, such as leaves, paper sheets, hats, aluminum cans. Unfortunately accurate simulation of these structures requires one of the most complex formulations in continuum mechanics, shell theory [4]. Moreover, there has not yet been any work reported to produce visually convincing animation of them while achieving real-time performance. Motivated by discrete shells [5] and modal warping [3], we formulate dynamics of thin shells using mass-spring models instead of finite element models, and then apply the modal warping technique to cope with large rotational deformation of thin shells. Experiments show that the proposed technique runs in real-time, and that it can simulate large bending and/or twisting deformations with acceptable realism.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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