International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제11권1호
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pp.435-447
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2019
Energy Flow Finite Element Analysis (EFFEA) is a promising tool for predicting dynamic energetics of complicated structures at high frequencies. In this paper, the Energy Flow Finite Element (EFFE) formulation of complicated Mindlin plates was newly developed to improve the accuracy of prediction of the dynamic characteristics in the high frequency. Wave transmission analysis was performed for all waves in complicated Mindlin plates. Advanced Energy Flow Analysis System (AEFAS), an exclusive EFFEA software, was implemented using $MATLAB^{(R)}$. To verify the general power transfer relationship derived, wave transmission analysis of coupled semi-infinite Mindlin plates was performed. For numerical verification of EFFE formulation derived and EFFEA software developed, numerical analyses were performed for various cases where coupled Mindlin plates were excited by a harmonic point force. Energy flow finite element solutions for coupled Mindlin plates were compared with the energy flow solutions in the various conditions.
Power flow analysis(PFA) methods have shown many advantages in noise predictions and vibration analysis in medium-to-high frequency ranges. Applying the finite element technique to PFA has produced power flow finite element method(PFFEM) that can be effectively used for analysis of vibration of complicated structures. PFADS(power flow analysis design system) based on PFFEM as the vibration analysis program has been developed for vibration predictions and analysis of coupled structural systems. In this paper, to improve the function of vibro-acoustic coupled analysis in PFADS, the PFFEM has been extended for analysis of the interior noise problems in the vibro-acoustic fully coupled systems. The vibro-acoustic fully coupled PFFEM formulation based on energy coupled relations is extended to structural system model by using appropriate modifications to structural-structural, structural-acoustic and acoustic-acoustic joint matrices. It has been applied to prediction of the interior noise in two room model coupled with panels, and the PFFEM results are compared to those of statistical energy analysis(SEA).
This paper concerns the finite element (FE) modeling approach for NATM tunneling in water bearing ground within the framework of stress-pore pressure coupled analysis. Fundamental interaction mechanism of ground and groundwater lowering was first examined and a number of influencing factors on the results of coupled FE analysis were identified. A parametric study was then conducted on the influencing factors such as soil-water characteristics, location of hydraulic boundary conditions, the way of modeling drainage flow, among others. The results indicate that the soil-water characteristics plays the most important role in the tunneling-induced settlement characteristics. Based on the results, modeling guidelines were suggested for stress-pore prssure coupled finite element modeling of NATM tunneling.
In this study, a complete analysis of soil-structure interaction problems is presented which includes a modelling of the near surrounding of the building (near-field) and a special description of the wave propagation process in larger distances (far-field). In order to reduce the computational effort which can be very high for time domain analysis of wave propagation problems, a special approach based on similarity transformation of the infinite domain on the near-field/far-field interface is applied for the wave radiation of the far-field. The near-field is discretised with standard Finite Elements, which also allows to introduce non-linear material behaviour. In this paper, a new approach to calculate the involved convolution integrals is presented. This approximation in time leads to a dramatically reduced computational effort for long simulation times, while the accuracy of the method is not affected. Finally, some benchmark examples are presented, which are compared to a coupled Finite Element/Boundary Element approach. The results are in excellent agreement with those of the coupled Finite Element/Boundary Element procedure, while the accuracy is not reduced. Furthermore, the presented approach is easy to incorporate in any Finite Element code, so the practical relevance is high.
본 논문에서는 유한요소법과 경계요소법을 결합하여 기하학적으로 급변 부위가 있는 이차원 탄성 정적 문제에 대하여 효율적이고 정확한 해석 결과를 얻기 위한 유한요소법과 경계요소법의 근사 결합 방법을 제시한다. 이차원 문제의 유한요소로서는 3절점, 4절점 평면응력 요소를 적용하고, 이차원 문제의 경계요소로는 3절점 경계요소를 적용한다. 모델링 단계에서는 우선 전체 해석 대상을 유한요소로 모델링한 후에 기학학적 급변 부위를 경계요소로 모델링 하는데, 유한요소의 모델링을 위하여 정의된 절점을 이용하여 경계요소를 정의한다. 해석 단계에서는 전체 해석 대상에 대하여 유한요소 해석을 우선적으로 수행하고, 이후에 경계요소 해석을 자동으로 수행하는데, 경계부에서의 경계조건은 유한요소 해석 결과인 변위 조건과 응력 조건을 적용한다. 수치예제로서 이차원 탄성 정적 문제인 균열이 있는 평판에 대한 해석 결과를 제시하고 고찰한다.
This paper presents seismic analysis of concrete gravity dams considering soil-structure-fluid interaction. Displacement based plane strain finite element formulation is considered for the dam and foundation domain whereas pressure based finite element formulation is considered for the reservoir domain. A direct coupling method has been adopted to obtain the interaction effects among the dam, foundation and reservoir domain to obtain the dynamic responses of the dam. An efficient absorbing boundary condition has been implemented at the truncation surfaces of the foundation and reservoir domains. A parametric study has been carried out considering each domain separately and collectively based on natural frequencies, crest displacement and stress at the neck level of the dam body. The combined frequency of the entire coupled system is very less than that of the each individual sub-system. The crest displacement and neck level stresses of the dam shows prominent enhancement when coupling effect is taken into consideration. These outcomes suggest that a complete coupled analysis is necessary to obtain the actual responses of the concrete gravity dam. The developed methodology can easily be implemented in finite element code for analyzing the coupled problem to obtain the desired responses of the individual subdomains.
This paper deals with the characteristic analysis of the single phase switched reluctance motor based on the converter coupled FE analysis. The converter comprises a rectifier, LC filter and switching power device. A computational technique for the converter coupled FE analysis is introduced and its validity is proven by the experiment.
This paper describes how the directivity pattern of the back-scattered sound pressure is distributed when a plane acoustic wave is incident on a righid spherical shell underwater. A coupled Finite Element-Boundary Element mehtod is developed as numerical technique. The result of the coupled FE-BE method is agreed with theoretical solution for algorithmic confirmation.
This paper proposes an approach for staged finite element modeling with coupled seepage and stress analysis. The stage modeling is based on the predefined inter-relationship between the base model and the unit stage models. A unit stage constitutes a complete finite element model, of which the geometries and attributes are subject to changes from stage to stage. The seepage analysis precedes the mechanical stress analysis at every stage. Division of the wet and dry zone and the pore pressures are evaluated from the seepage analysis and used in determining input data for the stress analysis. The results of the stress analysis may also be associated with the pore water pressures. For consolidation analysis, the pore pressure and the displacement variables are mixed in a coupled matrix equation. The time marching solution produces the dissipation of excess pore pressure and variation of stresses with passage of time. For undrained analysis, the excess pore pressures are computed from the stress increment due to loading applied in the unit stage and are used in revising the hydraulic head. The solution results of a unit stage are inherited and accumulated to the subsequent stages through the relationship of the base model and the individual unit stages. Implementation of the proposed approach is outlined on the basis of the core procedures, and numerical examples are presented for demonstration of its application.
Energy flow analysis(EFA) is a representative method that can predict the statistical energetics of structures at high frequencies. Generally, as the frequency increases, the shear distortion and rotatory inertia effects in the out-of-plane motion of beams or plates become important. Therefore, to predict the out-of-plane energetics of coupled structures in the high frequency range, the energy flow analyses of Timoshenko beam and Mindlin plate are required. Unlike the energy flow model of Kirchhoff plate, the energy flow model of Mindlin plate is composed of three kinds of energy governing equations(out-of-plane shear wave, bending dominant flexural wave, and shear dominant flexural wave). This paper performed the energy flow finite element analysis(EFFEA) of coplanar coupled Mindlin plates. For EFFEA of coplanar coupled Mindlin plates, the energy flow finite element formulation of out-of-plane energetics in the Mindlin plate was performed. The general EFFEA program was implemented by MATLAB® language. For the verification of EFFEA of Mindlin plate, the various numerical applications were done successfully.
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