Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2009.04a
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pp.89-92
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2009
본 논문에서는 비선형구조물의 위상최적화를 위하여 개발된 요소 연결 매개법 (Element Connectivity Parameterization Method)을 이용하여 기하비선형 구조물의 고유진동수(Eigenfrequency)를 최적화하는 연구를 소개한다. 기존의 밀도를 기반으로 한 위상최적화기법은 비선형 구조물의 위상최적화를 수행할 때 약한 탄성계수를 가지는 요소가 대변형을 일으켜 전체 강성행렬(Tangent Stiffness Matrix)이 양정정성(Positive definiteness)를 잃어버리는 문제점이 있어서 위상최적화를 수행하기 어렵다. 이 문제점을 해결하기 위하여 최근에 요소 연결 매개법(Element Connectivity Parameterization Method)이 개발되었다. 이 요소 연결 매개법은 요소의 강성을 설계하는 것이 아니라 요소의 연결성을 설계하는 기법으로 이를 이용하여 비선형 구조물의 위상최적화를 효과적으로 수행할 수 있다. 이 연구에서는 요소 연결 매개법을 동적인 문제에 적용하기 위한 연구를 수행하며 이를 이용하여 비선형 구조물의 고유진동수를 최적화 하는 위상최적화 문제에 적용하였다. 비선형 수치 예제를 통하여 기하 비선형 구조물의 고유진동수를 최대화를 통하여 기하 비선형 구조물의 강성최대화 문제와 같은 결과를 얻을 수 있었다.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.13
no.1
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pp.55-63
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1993
Finite element analyses are conducted with stochastic elastic moduli when truss structures are subjected to static loads of a deterministic nature. Stochastic stiffness matrix is derived from stochastic shape functions and numerical analyses are performed within the framework of the Monte Carlo method. Analysis methods are verified for the space truss and applied to cable stayed bridge for determining the cable force.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1999.04a
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pp.327-334
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1999
Steel box girders are popular to the Practicing engineers for the its large Pure torsional constant. But closed box girders at-e susceptible to the eccentric loading due to the distortion of the cross section. Distorton of the box girder develops the warping normal stress and transverse flexural stress in the cross section and their magnitudes can be large unless internal diaphragms are installed sufficiently. In this study, stiffness matrix and equivalent nodal force vector are formulated on the basis of displacement method. Shape functions are directly derived from the homogeneous solution of the governing differential equation of the distortion. New finite element formulations were coded into a computer program. Several numerical examples were presented to show the validity of developed program.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1998.10a
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pp.11-18
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1998
In this paper the stochastic analysis of semi-infinite domain is presented using the weighted integral method, which is expanded to include the infinite finite elements. The semi-infinite domain can be thought as to have more uncertainties than the ordinary finite domain in material constants, which shows the needs of and the importance of the stochastic finite element analysis. The Bettess's infinite element is adopted with the theoretical decomposition of the strain matrix to calculate the deviatoric stiffness of the semi-infinite domains. The calculated value of mean and the covariance of the displacement are revealed to be larger than those given by the finite domain assumptions giving the rational results which should be considered in the design of structures on semi-infinite domains.
The performance for the algorithm of the arc length method has been examined in terms of the choice of the tangential stiffness matrix through the analysis for the snap buckling phenomenon of the arch beam. The curved beam element with 2 nodes including shear effect has been formed by strain element technique and then it has been used in this nonlinear analysis. Snap-through characteristics has been examined with respect to the ratios of the arch beam length to hight.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1990.10a
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pp.16-21
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1990
Recently, the finite element method has been sucessfully extended to treat the rather couplet phenomena such as nonlinear buckling problems which are of considerable practical interest. In this study, a finite element program to evaluate the elasto-plastic buckling stress is developed. The Stowell's deformation theory for the plastic buckling of flat plates, which is in good agreement with experimental results, is used to evaluate bending stiffness matrix. A bifurcation analysis is performed to compute the elasto-plastic buckling stress. The subspace iteration method is employed to find the eigenvalues. The results are compared with corresponding enact solutions to the governing equations presented by Stowell and also with experimental data due to Pride. The developed program Is applied to obtain elastic and elasto-plastic buckling stresses for various loafing cases. The effect of different plate aspect ratio is also investigated.
We present finite element equations in the Laplace-domain for linear viscoelastic and viscoelstically damped structures governed by a constitutive equation involving factional order derivative opeartors. These equations yield a nonstandard eigenproblem consisted of frequency dependent stiffness matrix. To solve this nonstandard eigenproblem we suggest an eigenvalue iteration procedure in the Laplace-domain. Improved Zenor and GHM material function type constitutive equations in the Laplace-domain are also available for this procedure. From above equations, complex eigenvalues and complex eigenvectors are obtained. Using obtained eigenvalues and eigenvectors, time domain analysis is performed by means of mode superposition. Finally, finite element solutions of viscoelastic and viscoeleastically damped sandwich beam are presented as an example.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2000.11a
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pp.784-789
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2000
Equations of motion are derived and solved using the finite element method substructure synthesis for the disk-spindle system with rigid spindle and flexible shaft. The disk is modeled as a flexible spinning disk by Kirchhoff plate theory and von Karman nonlinear strain. The spindle supporting the flexible disk is modeled as a rigid body to consider its complex geometry. The stationary shaft supporting the rotating disk-spindle-bearing system is modeled by Euler beam, and the ball bearings are modeled as the stiffness matrix with 5 degrees of freedom. Developed theory is applied to analyze the vibration characteristics of a 3.5" HDD and a 2.5" HDD, respectively, and modal tests are performed to verify the simulation results. This paper shows that the developed theory can be effectively applied to the rotating disk-spindle system with the spindle of complex shape.
Dynamic analysis of nano/micro bio-sensors based on a multiscale atomistic/continuum theory is introduced. We use a generalized atomistic finite element method (GAFEM) to analyze a bio-sensor which has $3{\times}N_a{\times}N_p$ degrees of freedom, where $N_p$ is the number of representative unit cells and $N_a$ is the number of atoms per unit cell. The stiffness matrix is derived from interatomic potential between pairs of atoms. This work contains two studies: (1) the resonance analysis of nano bio-sensors with different amount of target analyte and (2) the dependence of resonance frequency on finite element mesh. We also examine the Courant-Friedrichs-Lewy (CFL) condition based on the highest resonance frequency. The CFL condition is the criterion for the time step used in the dynamic analysis by GAFEM. Our studies can be utilized to predict the performance of micro/nano bio-sensors from atomistic perspective.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.19
no.1
s.71
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pp.93-103
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2006
It is absolutely essential that safety assessment of the containment buildings during service life because containment buildings are last barrier to protect radioactive substance due to the accidents. Therefore, this study describes an enhanced degenerated shell finite element(FE) which has been developed for nonlinear FE analysis of reinforced concrete(RC) containment buildings with elasto-plastic material model. For the purpose of the material nonlinear analysis, Drucker-Prager failure criteria is adapted in compression region and material parameters which determine the shape of the failure envelop are derived from biaxial stress tests. Reissner-Mindlin(RM) assumptions are adopted to develop the degenerated shell FE so that transverse shear deformation effects is considered. However, it is found that there are serious defects such as locking phenomena in RM degenerated shell FE since the stiffness matrix has been overestimated in some situations. Therefore, shell formulation is provided in this paper with emphasis on the terms related to the stiffness matrix based on assumed strain method. Finally, the performance of the present shell element to analysis RC containment buildings is tested and demonstrated with several numerical examples. From the numerical tests, the present results show a good agreement with experimental data or other numerical results.
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