The interactions between corrosion pits on stainless steel under loading conditions are studied by using a cellular automata model coupled with finite element method at a mesoscopic scale. The cellular automata model focuses on a metal/film/electrolyte system, including anodic dissolution, passivation, diffusion of hydrogen ions and salt film hydrolysis. The Chopard block algorithm is used to improve the diffusion simulation efficiency. The finite element method is used to calculate the stress concentration on the pit surface during pit growth, and the effect of local stress and strain on anodic current is obtained by using the Gutman model, which is used as the boundary conditions of the cellular automata model. The transient current characteristics of the interactions between corrosion pits under different simulation factors including the breakdown of the passive film at the pit mouth and the diffusion of hydrogen ions are analyzed. The analysis of the pit stability product shows that the simulation results are close to the experimental conclusions.
A proper physical modeling of infilled building frame-foundation beam-soil mass interaction system is needed to predict more realistic and accurate structural behavior under static vertical loading. This is achieved via finite element method considering the superstructure, foundation and soil mass as a single integral compatible structural unit. The physical modelling is achieved via use of finite element method, which requires the use of variety of isoparametric elements with different degrees of freedom. The unbounded domain of the soil mass has been discretized with coupled finite-infinite elements to achieve computational economy. The nonlinearity of soil mass plays an important role in the redistribution of forces in the superstructure. The nonlinear behaviour of the soil mass is modeled using hyperbolic model. The incremental-iterative nonlinear solution algorithm has been adopted for carrying out the nonlinear elastic interaction analysis of a two-bay two-storey infilled building frame. The frame and the infill have been considered to behave in linear elastic manner, whereas the subsoil in nonlinear elastic manner. In this paper, the computational methodology adopted for nonlinear soil-structure interaction analysis of infilled frame-foundation-soil system has been presented.
An integral equation representation of cracks was presented which differs from well-known "dislocation layer" representation. In this new representation, the equations are written in terms of the displacement discontinuity across the crack surfaces rather than derivatives of the displacement-discontinuity. It was shown in that the new technique is well-suited to the treatment of kinked cracks. In the present paper, this integral equation representation is coupled to the direct boundary-element method for the treatment of finite bodies containing kinked cracks. The method is demonstrated for two-dimensional finite domains but extension to three-dimensional problems would appear to be possible. The resulting approach is shown to be simple, yet very accurate. accurate.
지하구조물은 물체력과 초기응력이 지배적인 하중조건이 되며, 무한 또는 반무한영역을 경계로 한다. 또한 굴착면 주위에는 응력집중에 의해 비선형 거동이 발생한다. 본 논문에서는 경계요소법으로 물체력과 초기응력을 해석하기 위하여 영역적분은 경계 적분화하였다. 물체력에 대한 영역적분은 Galerkin텐서와 발산정리를 사용한 방법과 극좌표를 이용한 직접적분 방법으로 경계적분화하였고, 초기응력에 대한 영역적분은 극좌표를 이용한 직접적분 방법을 응용하여 경계적분화하였다. 경계요소해석 결과는 유한요소해석 결과와 비교하여 검증하였고 검증된 경계요소 프로그램을 비선형 유한요소 프로그램과 조합하여 굴착면 주위에 발생하는 비선형 거동을 합리적으로 해석하도록 하였다. 경계요소법에서 고려하기 어려운 물체력과 초기응력에 대한 영역적분을 경계적분화하여 효율적으로 해석할 수 있었으며, 조합해석 방법으로 비선형 거동을 합리적으로 해석할 수 있었다. 본 연구의 결과는 지하구조물의 해석에 유용하게 사용될 수 있을 것으로 기대된다.
본 연구에서는 과도 연성 열탄성문제의 해를 구할때 사용되는 직접시간적분방 법과 Laplace 변환방법은 상호 장 단점을 가지고 있다. 각 방법들의 장단점은 서로 배타적이므로 서로의 장점을 살리는 수치방법이 필요하다. 그런데, 대부분의 과도 열탄성문제는 급격한 온도변화로 인한 물체의 변형에 관심이 있기때문에 이 형태의 문 제를 효율적으로 다루는 데 주안점을 두고 본 연구를 수행하였다. 유도된 유한요소 방정식은 결국 열탄성 지배 방정식 중 열전달방정식인 에너지보존식은 Gurtin의 범함 수로부터 유도된 원래의 형태를 사용하나 수치적 안정성(numerical stability)을 보장 하기 위하여 운동방정식은 시간에 대한 2차미분 형태로 수정하였다. 에너지보존식은 시간에 대한 합성적분(convolution)형태로 표현되므로 온도의 시간미분항이 소거되므 로 경계에서의 급격한 온도변화로 인한 수치 해석적 문제점은 간단히 해결된다. 그 러므로, 제안된 수치해법은 직접시간적분방법의 일종이나 결과식인 유한요소방정식은 기존의 문헌들과 상당한 차이가 있다. 과도 연성 열탄성해석을 위한 새로운 근사수 치해법의 장점을 이론적으로 설명하기보다 수치계산면에서의 안전성, 정확성 및 효율 성이 있음을 증명하기 위하여 이미 발표된 문헌들에서 다룬 예제를 선정하여 해석결과 를 비교하였다.
Dynamic behaviour of beam carrying masses has attracted attention of many researchers and engineers. Many studies on the analytical solution of beam with concentric tip mass have been published. However, there are limited works on vibration analysis of beam with an eccentric three dimensional object. In this case, bending and torsional deformations of beam are coupled due to the boundary conditions. Analytical solution of equations of motion of the system is complicated and lengthy. Therefore, in this study, Differential Transform Method (DTM) is applied to solve the relevant equations. First, the Timoshenko beam with 3D tip attachment whose centre of gravity is not coincident with beam end point is considered. The beam is assumed to undergo bending in two orthogonal planes and torsional deformation about beam axis. Using Hamilton's principle the equations of motion of the system along with the possible boundary conditions are derived. Later DTM is applied to obtain natural frequencies and mode shapes of the system. According to the relevant literature DTM has not been applied to such a system so far. Moreover, the problem is modelled by Ansys, the well-known finite element method, and impact test is applied to extract experimental modal data. Comparing DTM results with finite element and experimental results it is concluded that the proposed approach produces accurate results.
An analytical study is presented on the hydroelastic vibration of two rectangular identical plates coupled with a bounded fluid by using the finite Fourier series expansion method. It is observed that the two contrastive modes, the so called the out-of-phase and in-phase modes appear. The proposed analytical method is verified by observing a good agreement to three dimensional finite element analysis results. All natural frequency of the in-phase modes can be predicted well by the combination of the dry beam modes. The theoretical prediction for the out-of-phase mode can be improved by using the polynomial functions satisfying the plate boundary conditions and fluid volume conservation instead of using dry beam modes.
This study investigated the effect of pressure variations on augmentation of heat transfer when the ultrasonic waves were applied. The augmentation ratio of heat transfer was experimentally investigated and was compared with the profiles of pressure distributions calculated applying a coupled finite element-boundary element method (coupled FE-BEM). As the ultrasonic intensities increase from 70W to 340W, the velocity of the liquid paraffin is found to increase as well as kinetic energy, This physical behavior known as quasi-Eckart streaming results from acoustic pressure variations in the liquid. Especially, the higher acoustic pressure distribution near two ultrasonic transducers develops more intensive flow (quasi-Eckart streaming), destroying the flow instability. Also, the profile of acoustic pressure variation is consistent with that of augmentation of heat transfer. This mechanism is believed to increase the ratio of hear transfer coefficient.
The present study deals with the hydroelastic vibration analysis of structures in contact with fluid via coupled fluid-structure interaction (FSI) embedded with a finite element method (FEM) such that a structure displacement formulation is coupled with a fluid pressure-displacement formulation. For the preliminary study and validation of FEM based coupled FSI analysis, hydroelastic vibration characteristics of a rectangular plate in contact with fluid are first compared with the elastic vibration in terms of boundary condition and mode frequency. Numerical results from coupled FSI analysis have been shown to be rational and accurate, compared to energy method based theoretical solutions and experimental results. The effect of free surface on the vibration mode is numerically studied by changing the submerged depth of a rectangular plate. As a practical application, the hull structural vibration of 4,000 twenty-foot equivalent units (TEU) container ship is considered. Hydroelastic results of the ship hull structure are compared with those obtained from the elastic condition.
The effect of central axial load on natural frequencies of various thin-walled beams, are investigated by some researchers using different methods such as finite element, transfer matrix and dynamic stiffness matrix methods. However, there are situations that the load will be off centre. This type of loading is called eccentric load. The effect of the eccentricity of axial load on the natural frequencies of asymmetric thin-walled beams is a subject that has not been investigated so far. In this paper, the mentioned effect is studied using exact dynamic stiffness matrix method. Flexure and torsion of the aforesaid thin-walled beam is based on the Bernoulli-Euler and Vlasov theories, respectively. Therefore, the intended thin-walled beam has flexural rigidity, saint-venant torsional rigidity and warping rigidity. In this paper, the Hamilton‟s principle is used for deriving governing partial differential equations of motion and force boundary conditions. Throughout the process, the uniform distribution of mass in the member is accounted for exactly and thus necessitates the solution of a transcendental eigenvalue problem. This is accomplished using the Wittrick-Williams algorithm. Finally, in order to verify the accuracy of the presented theory, the numerical solutions are given and compared with the results that are available in the literature and finite element solutions using ABAQUS software.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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