The iterative decomposition coupling formulation of the precise integration finite element method (FEM) and the time domain boundary element method (TD-BEM) is presented for elstodynamic problems. In the formulation, the FEM node and the BEM node are not required to be coincident on the common interface between FEM and BEM sub-domains, therefore, the FEM and BEM are independently discretized. The force and displacement converting matrices are used to transfer data between FEM and BEM nodes on the common interface between the FEM and BEM sub-domains, to renew the nodal variables in the process of the iterations for the un-coincident FEM node and BEM node. The iterative coupling formulation for elastodynamics in current paper is of high modeling accuracy, due to the semi-analytical solution incorporated in the precise integration finite element method. The decomposition coupling formulation for elastodynamics is verified by examples of a cantilever bar under a Heaviside-type force and a harmonic load.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.25
no.5
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pp.384-390
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2005
In the numerical analysis of En (eddy current testing) using 3-dimensional FEM (finite element method), MVP (magnetic vector potential) and electric scalar potential are used as variables in conductor region. Three dimensional modeling makes number of unknowns increase, and the degree of freedom of variables also makes number of unknowns increase. Because of this reason, modified UP is used to reduce the number of unknowns. Gauge condition is enforced artificially on existing FEM formulations to insure the uniqueness of MVP. So in this paper the effects of these FEM formulation procedures on ECT are investigated and the appropriate FEM formulation is suggested for accurate ECT simulation.
The present paper presents multiscale modelling via coupling of the discrete and finite element methods. Theoretical formulation of the discrete element method using spherical or cylindrical particles has been briefly reviewed. Basic equations of the finite element method using the explicit time integration have been given. The micr-macro transition for the discrete element method has been discussed. Theoretical formulations for macroscopic stress and strain tensors have been given. Determination of macroscopic constitutive properties using dimensionless micro-macro relationships has been proposed. The formulation of the multiscale DEM/FEM model employing the DEM and FEM in different subdomains of the same body has been presented. The coupling allows the use of partially overlapping DEM and FEM subdomains. The overlap zone in the two coupling algorithms is introduced in order to provide a smooth transition from one discretization method to the other. Coupling between the DEM and FEM subdomains is provided by additional kinematic constraints imposed by means of either the Lagrange multipliers or penalty function method. The coupled DEM/FEM formulation has been implemented in the authors' own numerical program. Good performance of the numerical algorithms has been demonstrated in a number of examples.
In this paper, a meshfree-enriched finite element method (ME-FEM) is introduced for the large deformation analysis of nonlinear path-dependent problems involving contact. In linear ME-FEM, the element formulation is established by introducing a meshfree convex approximation into the linear triangular element in 2D and linear tetrahedron element in 3D along with an enriched meshfree node. In nonlinear formulation, the area-weighted smoothing scheme for deformation gradient is then developed in conjunction with the meshfree-enriched element interpolation functions to yield a discrete divergence-free property at the integration points, which is essential to enhance the stress calculation in the stage of plastic deformation. A modified variational formulation using the smoothed deformation gradient is developed for path-dependent material analysis. In the industrial metal forming problems, the mortar contact algorithm is implemented in the explicit formulation. Since the meshfree-enriched element shape functions are constructed using the meshfree convex approximation, they pose the desired Kronecker-delta property at the element edge thus requires no special treatments in the enforcement of essential boundary condition as well as the contact conditions. As a result, this approach can be easily incorporated into a conventional displacement-based finite element code. Two elasto-plastic problems are studied and the numerical results indicated that ME-FEM is capable of delivering a volumetric locking-free and pressure oscillation-free solutions for the large deformation problems in metal forming analysis.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1993.10a
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pp.212-217
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1993
A 2-dimensional FEM/GEM program was developed for analyzing forming processes of an arbitrarily shaped draw-die, in which plane strain condition is assumed and linear line elements are employed. FEM formulation adopted a new algorithm for solving force equilibrium as well as non-penetration condition simultaneously. For the case of numerical divergence at nearly final forming stages and the initial guess in Newton-Raphson iterations, geometric force equilibrium method(GEM) is also introduced. The developed program was tested with the simulation of stamping processes of automotive bonnet inner pannel in order to verify the usefulness and validity of FEM/GEM formulation.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.13
no.3
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pp.80-93
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1996
A 2-dimensional FEM/GEM program was developed under the plane strain assumption using linear line elements for analyzing stretch/draw forming operations of an arbitrarily shaped draw-die. FEM formulation adopted a new algorithm for solving force equilibrium as well as non-penetration condition simultaneously. Also, a rigid-viscoplastic material model with Hill's normal anisotropic yield condition and rate-sensitive hardening law is assumed, along with the Coulomb friction law in the contact regions. For the case of numerical divergence at nearly final forming stages, geometric force equilibrium method(GEM) is also introduced. The developed program was tested by simulating the forming processes of cylindrical punch/open die, and the drawing processes of automotive oilpan and hood inner panel in order to verify the usefulness and validity of FEM/GEM formulation. The numerical simulation verified the validity and robustness of developed program.
In this paper, a theoretical formulation of a simplified wheel-set model for collision-induced derailments was evaluated by numerical simulations for the wheel-climb derailment and wheel-lift derailment types. The derailment types were classified into the wheel-climb derailment and the wheel-lift derailment according to the friction force direction of the wheel-flange. The wheel-climb derailment type was classified into Climb-up, Climb/Roll-over, and Roll-over-C, and wheel-lift derailment type was classified into Slip-up, Slip/Roll-over and Roll-over-L. To verify the theoretical equations derived for the wheel-climb derailment and the wheel-lift derailment, dynamic simulations using RecurDyn of Functionbay and Ls-Dyna of LSTC were performed and compared for some examples. The derailment predictions of the suggested theoretical formulation were in good agreement with those of the numerical simulations. The direction of the frictional force between the wheel-flange and the rail can be well predicted using the suggested derailment formulation at a initial derailment.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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1992.03a
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pp.201-212
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1992
The plane strain analysis for simulating the stretch/draw forming operation of arbitrarily-shaped tool profiles and arbitrarily draw-in conditions is introduced. An implicit, incremental, updated Lagrangian formulation is employed, introducing a rigid-viscoplastic constitutive equation. Contact and friction are considered through the mesh-normal, which compatibly describes arbitrary tool surfaces and FEM meshe without depending on the explicit spatial derivatives of tool surfaces. The FEM formulation is tested in the sections automotive inner panel and two-side draw-in. Not only the excellent agreement between measured and computed strains in the stretched section is obtained, but also the numerical stability of current formulation is verified in the two-side draw-in section.
The plane strain analysis for simulating the stretch/draw forming operation with an arbitrarily-shaped tool profile is introduced. An implicit, incremental, updated Lagrangian formulation with a rigid-viscoplastic constitutive equation is employed. Contact and friction are considered through the mesh-normal, which compatibly describes arbitrary tool surfaces and FEM meshes without depending on the explicit spatial derivatives of tool surfaces. The linear line elements are used for depicting the formed sheet, based on membrane approximation. The FEM formulation is tested in the sections of automotive inner panel and two-side draw-in. Not only the excellent agreement between measured and computed strains is obtained in the stretched section, but also the numerical stability of formulation is verified in the draw-in section.
The new numerical procedure for hydroplaning has been developed by considering the following three important factors; fluid/structure interaction, tire rolling, and practical tread pattern. The tire was analyzed by FEM with Lagrangian formulation and the fluid is analyzed by FVM with Eulerian formulation. Since the tire and the fluid are modeled separately and their coupling is automatically computed by the coupling element, the fluid/structure interaction of the complex geometry such as the tire with the tread pattern can be analyzed practically. We verified the predictability of the hydroplaning simulation in the different parameters such as the water flow, the velocity dependence of hydroplaning, and the effect of the tread pattern on hydroplaning. In order to predict the streamline in the contact patch, the procedure of the global-local analysis was developed. Since the streamline could be predicted by this technology, we could develop the new pattern in a short period based on the principle; "make the stream line smooth".
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[게시일 2004년 10월 1일]
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