The expanding technique of the Stochastic Finite Element Method(SFEM) is proposed in this paper for adapting direct integration methods in stochastical dynamic analysis of structures. Grafting the direct integration methods and the SFEM together, one can deal with nonlinear structures and nonstationary process problems without any restriction. The stochastical central diffrence and stochastic Houbolt methods are introduced to show the expanding technique, and their adaptabilities are discussed. Results computed by the proposed method (the Stochastic Finite Element Method in Dynamics: SFEMD) for two degree-of-free- dom system are compared with those obtained by Monte Carlo Simulation.
For non-classically damped structures subjected to evolutionary random seismic excitations, the non-stationary random responses are computed by means of a high precision direct (HPD) integration scheme combined with the pseudo excitation method. Only real modes are used, so that the reduced equations of motion remain coupled for such non-classically damped structures. In the given examples, the efficiency of this method is compared with that of the Newmark method.
In order to decrease remarkably the computation time and storage used in the direct integration method without the loss of accuracy, authors suggest a new transient analysis algorithm. This algorithm is derived from the combination of three techniques, that is, the transfer technique of the transfer stiffness coefficient method, the modeling technique of the finite element method, and the numerical integration technique of the Newmark method. In this paper, the transient analysis algorithm of a frame structure is formulated by the proposed method. The accuracy and computation efficiency of the proposed method are demonstrated through the comparing with the computation results by the direct integration method for three computation models under various excitations.
Many direct integration methods are used for numerical analyses of dynamic motion. In these methods, the governing equations of a dynamic system are integrated successively using a step-by-step numerical integration procedure. Time derivatives in the equations are generally approximated using difference formulas involving one or more increments of the time. Time increment has closely relationship with the accuracy of the motion analysis. In this paper, a 4th order Houbolt direct integration method is derived. For a spring-mass system, the motion of the system are analyzed from the 3rd order Houbolt and the 4th order Houbolt approaches respectively. Finally the paper proposes the optimal time-increment based on the accuracy of numerical analyses.
In performing the dynamic analysis, the step size used in a step-by-step integration method might be much smaller than that required by the accuracy consideration in order to capture the rapid chances of dynamic loading or to eliminate the linearization errors. It was first found by Chen and Robinson that these difficulties might be overcome by integrating the equations of motion with respect to time once. A further study of this technique is conducted herein. This include the theoretical evaluation and comparison of the capability to capture the rapid changes of dynamic loading if using the constant average acceleration method and its integral form and the exploration of the superiority of the time integration to reduce the linearization error. In addition, its advantage in the solution of the impact problems or the wave propagation problems is also numerically demonstrated. It seems that this time integration technique can be applicable to all the currently available direct integration methods.
Generally, the system of calculation for the multi-path ultrasonic flow meters can be divided into two methods by how to get the mean velocity, namely, weighting and direct method. Weighting-method derive the mean velocity through modeling in theoretical velocity profile. Direct-method derive the mean velocity though actual flow distribution. The system of calculation varies with maker's transducer configuration and integration method. Each system has merits and demerits. This paper describes the system of integration that calculates line velocity over cross-section of the circular pipe. Flow rate mr discussed in this paper is a difference between theoretical flow rate and integrated flow rate according to values of Reynolds number in symmetric flow field or theoretical flow rate and integrated flow rate according to rotated model in asymmetric flow field.
This paper proposes a new direct numerical integration algorithm for solving equation of motion in structural dynamics problems with nonlinear stiffness. The new implicit method's degree of accuracy is higher than that of existing methods due to the higher order of the acceleration. Two parameters are defined, leading to a new family of unconditionally stable methods, which helps to take greater time steps in integration and eliminate concerns about the duration of solving. The method developed can be utilized for a number of solid plane finite elements, examples of which are given to compare the proposed method with existing ones. The results indicate the superiority of the proposed method.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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제24권1호
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pp.93-102
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2020
The concept of temperature distribution in inhomogeneous semi-infinite solids is examined by making use of direct integration method. The analysis is done on the solution of the in-plane steady state heat conduction problem under certain boundary conditions. The method of direct integration has been employed, which is then reduced to Volterra integral equation of second kind, produces the explicit form analytical solution. Using resolvent- kernel algorithm, the governing equation is solved to get present solution. The temperature distribution obtained and calculated numerically and the relation with distribution of heat flux generated by internal heat source is shown graphically.
배전계통에서 고임피던스 고장(HIF : High Impedance Fault) 판단의 신뢰성을 높이기 위해서는 무엇보다도 HIF의 특징을 정확히 나타낼 수 있는 HIF 모델을 얻는 것이 중요하다. 따라서 본 연구에서는 아크모델을 기반으로 하는 수개의 HIF 모델들을 검토하여 그 특징들을 비교, 분석한다. 또한, 직접 적분법을 적용하여 HIF 특징을 가지는 아크모델을 구현하는 방법론을 연구한다.
Design sensitivity analysis scheme is proposed in an elasto -plastic finite element method with explicit time integration using a direct differentiation method. The direct differentiation is concerned with large deformation, the elasto-plastic constitutive relation, shell elements with reduced integration and the contact scheme. The design sensitivities with respect to the process parameter are calculated with the direct analytical differentiation of the governing equation. The sensitivity results obtained from the present theory are compared with that obtained by the finite difference method in a class of sheet metal forming problems such as hemi-spherical stretching and cylindrical cup deep-drawing. The result shows good agreement with the finite difference method and demonstrates that the preposed sensitivity calculation scheme is a pplicable in the complicated sheet metal forming analysis and design.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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