The anisotropic-diffusion convection equation with exponentially variable coefficients is discussed in this paper. Numerical solutions are found using a combined Laplace transform and boundary element method. The variable coefficients equation is usually used to model problems of functionally graded media. First the variable coefficients equation is transformed to a constant coefficients equation. The constant coefficients equation is then Laplace-transformed so that the time variable vanishes. The Laplace-transformed equation is consequently written as a boundary integral equation which involves a time-free fundamental solution. The boundary integral equation is therefore employed to find numerical solutions using a standard boundary element method. Finally the results obtained are inversely transformed numerically using the Stehfest formula to get solutions in the time variable. The combined Laplace transform and boundary element method are easy to implement and accurate for solving unsteady problems of anisotropic exponentially graded media governed by the diffusion convection equation.
In this study, equation of finite element is formulated to analyze relations of large deformation-small deformation considering geometrical nonlinear for membrane structure. Total Lagrangian Formulation(TLF) is introduced to formulate theory and equation of motion considering Triangular Constant Strain(TCS) element in finite, element analysis is formulated. Finite element program is made by equation of motion considering TLF. This study analyzed a variety of examples, so compared with the past results.
구조물에 대한 축대칭 쉘요소는 지반과 구조물의 상호작용에 대한 유한요소해석에서 효율성과 정확성을 높이게 된다. 본 논문에서는 Kirchhoff 이론에 근거한 축대칭 쉘요소의 힘평형 방정식과 모멘트 평형 방정식을 유도하였다. 축방향 변형에 대한 지배방정식은 등매개변수 형상함수를 이용한 Galerkin 수식화를 수행하고, 휨에 대한 지배방정식은 고차의 형상함수를 이용하였다. 개발된 축대칭 쉘요소는 지반과의 연계해석을 위하여 지반해석 유한요소 프로그램인 Geo-COUS에 결합하였다. 원형판과 액체 저장 탱크에 대한 예제해석을 통하여 개발된 요소의 정확성을 확인하였다. 그리고 축대칭 쉘요소에 대한 에너지 평형방정식을 제시하였다.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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제2권2호
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pp.1-19
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1998
A Chebyshev pseudospectral-finite element method is proposed for two-dimensional unsteady Navier-Stokes equation. The generalized stability and the convergence are proved strictly. The numerical results show the advantages of this method.
A direct boundary element method (DBEM) is developed for thin bodies whose surfaces are rigid or compliant. The Helmholtz integral equation and its normal derivative integral equation are adoped simultaneously to calculate the pressure on both sides of the thin body, instead of the jump values across it, to account for the different surface conditions of each side. Unlike the usual assumption, the normal velocity is assumed to be discontinuous across the thin body. In this approach, only the neutral surface of the thin body has to be discretized. The method is validated by comparison with analytic and/or numerical results for acoustic scattering and radiation from several surface conditions of the thin body; the surfaces are rigid when stationary or vibrating, and part of the interior surface is lined with a sound-absoring material.
We consider a distributed optimal flux control problem: finding the potential of which gradient approximates the target vector field under an elliptic constraint. Introducing the Lagrange multiplier and a change of variables the Euler-Lagrange equation turns into a coupled equation of an elliptic equation and a reaction diffusion equation. The change of variables reduces iteration steps dramatically when the Gauss-Seidel iteration is considered as a solution method. For the elliptic equation solver we consider the Cell Boundary Element (CBE) method, which is the finite element type flux preserving methods.
In this paper, we propose a new mixed finite element method, called the characteristics-mixed method, for approximating the solution to Burgers' equation. This method is based upon a space-time variational form of Burgers' equation. The hyperbolic part of the equation is approximated along the characteristics in time and the diffusion part is approximated by a mixed finite element method of lowest order. The scheme is locally conservative since fluid is transported along the approximate characteristics on the discrete level and the test function can be piecewise constant. Our analysis show the new method approximate the scalar unknown and the vector flux optimally and simultaneously. We also show this scheme has much smaller time-truncation errors than those of standard methods. Numerical example is presented to show that the new scheme is easily implemented, shocks and boundary layers are handled with almost no oscillations. One of the contributions of the paper is to show how the optimal error estimates in $L^2(\Omega)$ are obtained which are much more difficult than in the standard finite element methods. These results seem to be new in the literature of finite element methods.
In this paper, a class of large time-stepping method based on the finite element discretization for the Cahn-Hilliard equation with the Neumann boundary conditions is developed. The equation is discretized by finite element method in space and semi-implicit schemes in time. For the first order fully discrete scheme, convergence property is investigated by using finite element analysis. Numerical experiment is presented, which demonstrates the effectiveness of the large time-stepping approaches.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제2권1호
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pp.3-14
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1978
The authors have developed a calculating method of propeller shaft alignment by the finite element method. The propeller shaft is divided into finite elements which can be treated as uniform section bars. For each element, the nodal point equation is derived from the stiffness matrix, the external force vector and the section force vector. Then the overall nodal point equation is derived from the element nodal point equation. The deflection, offset, bending moment and shearing force of each nodal point are calculated from the overall nodal point equation by the digital computer. Reactions and deflections of supporting points of straight shaft are calculated and also the reaction influence number is derived. With the reaction influence number the optimum alignment condition that satisfies all conditions is calculated by the simplex method of linear programming. All results of calculation are compared with those of Det norske Veritas, which has developed a computor program based on the three-moment theorem of the strength of materials. The authors finite element method has shown good results and will be used effectively to design the propeller shaft alignment.
The conventional segregated finite element formulation produces a small and simple matrix at each step than in an integrated formulation. And the memory and cost requirements of computations are significantly reduced because the pressure equation for the mass conservation of the Navier-Stokes equations is constructed only once if the mesh is fixed. However, segregated finite element formulation solves Poisson equation of elliptic type so that it always needs a pressure boundary condition along a boundary even when physical information on pressure is not provided. On the other hand, the conventional integrated finite element formulation in which the governing equations are simultaneously treated has an advantage over a segregated formulation in the sense that it can give a more robust convergence behavior because all variables are implicitly combined. Further it needs a very small number of iterations to achieve convergence. However, the saddle-paint-type matrix (SPTM) in the integrated formulation is assembled and preconditioned every time step, so that it needs a large memory and computing time. Therefore, we newly proposed the P2PI semi-segregation formulation. In order to utilize the fact that the pressure equation is assembled and preconditioned only once in the segregated finite element formulation, a fixed symmetric SPTM has been obtained for the continuity constraint of the present semi-segregation finite element formulation. The momentum equation in the semi-segregation finite element formulation will be separated from the continuity equation so that the saddle-point-type matrix is assembled and preconditioned only once during the whole computation as long as the mesh does not change. For a comparison of the CPU time, accuracy and condition number between the two methods, they have been applied to the well-known benchmark problem. It is shown that the newly proposed semi-segregation finite element formulation performs better than the conventional integrated finite element formulation in terms of the computation time.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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