유한요소법(FEM)은 많은 공학문제를 해결하는 가장 중요한 방법 중 하나로 인식되고 있다. 본 논문에서는 자동제어 및 신호처리 문제해결에 효율적이며 강력한 수치해석 패키지인 CEMTool환경에서 유한요소법을 이용하여 일반적인 편미분방정식 Solver 구현에 관한사항을 논의하고자 한다. 기본적으로 영역정보 및 노드수 등의 정보를 입력받아 각 노드의 정보를 출력하는 Mesh함수를 구현하며, 생성된 요소방정식들을 조립하는 Assemble함수를 작성한 뒤, Boundary함수를 통해 경계조건을 적용시킨 후 선형행렬 방정식을 풀어 전체노드의 값을 찾아내는 Solve함수를 구현하는 과정을 알아본다. 구현된 FEM Solver의 전체적인 구조를 통해 구현시 고려해야 할 사항을 논의하며 기본적인 편미분방정식의 예제를 통해 FEM PDE Solver의 동작과정을 검증할 것이다.
The analysis of magnetic fields(2-D) induced by line currents, such as Overhead Trolley Lines or Transmission Lines, is not so easy by using the standard Finite Element Method(FEM). Mesh generation is one of the most important processes in the standard FEM. Because, the current region is relatively small compared with whole region, and actually is a line without thickness, the mesh refinement around the source lines yields many demerits. A way of supplement such a defect, we proposed the coupling scheme of analytical solution and FEM. In this study, the analytical solution is adopted around the region of line currents and FE solution is a lied to the rest of source region. And the two types of solution are coupled at the artificial boundary. To verify the usefulness of proposed algorithm, simplified model with magnetic material in FE region is chosen and analyzed. The results are compared with those of standard FEM. And the errors between them can be reduced by increasing harmonic orders.
In case of Mindlin plate, not only the bending deformation but also the shear behavior is allowed. While the bending and shear stiffness are given in the same order in terms of elastic modulus, they are in different order in case of plate thickness. Accordingly, bending and shear contributions have to be dealt with independently if the stochastic finite element analysis is performed on the Mindlin plate taking into account of the uncertain plate thickness. In this study, a formulation is suggested to give the response variability of Mindlin plate taking into account of the uncertainties in elastic modulus as well as in the thickness of plate, a geometrical parameter, and their correlation. The cubic function of thickness and the correlation between elastic modulus and thickness are incorporated into the formulation by means of the modified auto- and cross-correlation functions, which are constructed based on the general formula for n-th joint moment of random variables. To demonstrate the adequacy of the proposed formulation, a plate with various boundary conditions is taken as an example and the results are compared with those obtained by means of classical Monte Carlo simulation.
This research focuses on structural stability of the multi-aerial platform. In this study, we conduct structural analysis for the lower structures such as sub frame, out-trigger and chassis frame, by using a universal structural analysis program NASTRAN based on 3D CAD data, material properties, load conditions and boundary conditions. We confirm the position of local stress exceeding the yield strength, through structural analysis of 4 cases for load conditions. As the results, it is possible to relax stress concentration in a way such as changing the thickness, reinforcing the material of the lower frames.
This paper presents a comparative study of a Tubular Linear Machine (TLM) with an Axially Magnetized Single-sided Permanent Magnet (AMSPM) and an Axially Magnetized Double-sided Permanent Magnet (AMDPM) based on analytical field calculations. Using a two-dimensional (2-D) polar coordinate system and a magnetic vector potential, analytical solutions for the flux density produced by the stator windings are derived. This technique is significant for the design and control implementation of electromagnetic machines. The field solution is obtained by solving Maxwell's equations in the simplified boundary value problem consisting of the air gap and coil. These analytical solutions are then used to estimate the self and mutual inductances. Two different types of machine are used to verify the validity of these model simplifications, and the analytical results are compared to results obtained using the finite element method (FEM) and experimental measurement.
International Journal of Aerospace System Engineering
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v.8
no.1
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pp.1-13
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2021
Contra-rotating fan is comprised of two rotors which are rotating in the opposite direction. The fan stages are named rotor-1 and rotor-2. Benefits from the use of contra rotation are in terms of better efficiency and improved thrust to weight ratio. Failure of contra-rotating fan stage blade in-service results in safety risks, repair costs, and revenue losses. This paper focuses on the vibration analysis and one way fluid-structure interaction of high aspect ratio, low speed contrarotating fan rotors. Modal analysis and modal pre-stress analysis of contra-rotating fan rotors were carried out to calculate the natural frequencies, One way fluid-structure interaction (FSI) was carried out where the computational analysis of the blades was performed using ANSYS CFX. The boundary conditions for CFD analysis were considered from the actual experimental velocity flow field at the inlet and pressure outlet. Based on the results obtained from the CFD analysis, the structural analysis such as deformation and Von-Misses stresses was carried out by using the finite element method (FEM) with ANSYS. The results provide necessary guidelines for the safe running of the contra-rotating fan. The analysis also will be helpful to understand the change of flow behavior due to a rotor deformation.
Renewed interest in the long-term pile foundations has been driven by the increase in offshore wind turbine installation to generate renewable energy. A monopile subjected to repetitive loads experiences an evolution of displacements, pile rotation, and stress redistribution along the embedded portion of the pile. However, it is not fully understood how the embedded pile interacts with the surrounding soil elements based on different pile geometries. This study investigates the long-term soil response around offshore monopiles using finite element method. The semi-empirical numerical approach is adopted to account for the fundamental features of volumetric strain (terminal void ratio) and shear strain (shakedown and ratcheting), the strain accumulation rate, and stress obliquity. The model is tested with different strain boundary conditions and stress obliquity by relaxing four model parameters. The parametric study includes pile diameter, embedded length, and moment arm distance from the surface. Numerical results indicate that different pile geometries produce a distinct evolution of lateral displacement and stress. In particular, the repetitive lateral load increases the global lateral load resistance. Further analysis provides insight into the propagation of the shear localization from the pile tip to the ground surface.
In this work, lightweight sandwich plates consisting of a functionally graded porous (FGP) core and two laminated composite face sheets resting on elastic foundation have been proposed. Three different profiles are considered for the distributions of porosities along core thickness. The main aim of this paper is the investigation of the buckling behavior of the proposed porous sandwich plates (PSPs) by reporting their critical mechanical loads and their corresponding mode shapes. A finite element method (FEM) based on first order shear deformation theories (FSDT) is developed to discretize governing equations for the buckling behavior of the proposed sandwich plates. The effects of porosity dispersion and volume, the numbers and angles of laminated layers, sandwich plate geometrical dimensions, elastic foundation coefficients, loading and boundary conditions are studied. The results show that the use of FGP core can offer a PSP with half weight core and only 5% reduction in critical buckling loads. Moreover, stacking sequences with only ${\pm}45$ orientation fibers offer the highest values of buckling loads.
Scaling and similitude large scale structural member to small scale model is considered the most important matter for the experimental tests because of the difficulty in controlling, lack of capacities and expenses, furthermore that most of MSc and PhD students suffering from choosing the suitable specimen before starting their experimental study. The current study adopts to take large scale slab with opening as a case study of structural member where the slab is squared with central squared opening, the boundary condition is fixed from all sides, the load represents by four concentrated force in four corners of opening, as well as, the study adopts Buckingham theorem which has been used for scaling, all the parameters of the problem have been formed in dimensionless groups, the main groups have been connected by a relations, those relations are represented by force, maximum stress and maximum displacement. Finite element method by ANSYS R18.1 has been used for analyzing and forming relations for the large scale member. Prediction analysis has been computed for three small scale models by depending on the formed relations of the large scale member. It is found that Buckingham theorem is considered suitable way for creating relations among the parameters for any structural problem then making similitude and scaling the large scale members to small scale members. Finally, verification between the prediction and theoretical results has been done, it is observed that the maximum deviation between them is not more than 2.4%.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.14
no.6
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pp.83-89
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1997
In order to study on fatigue crack retardation and retardation mechanism in variable loading, the effects of crack tip branching in fatigue crack growth retardation were examined. The characteristics of crack tip banching behavior was considered to micro structure. It was examined that the variation of crack tip branching angle. Crack tip branching was observed along the grain boundary of ferrite and pearlite structure. It was found that the abanching angle ranges from 25 to 53 degrees. Using the finite element method, the variable of crack driving force to branching angle was examined. The effective crack driving force ( $K_{\eff}$ ) decreased as the braching angle increases. The rate of decrease was 33% for the kinked type and 29% for the forked one. It was confirmed that the effect of crack tip branching is a very important factor in fatigue crack growth retardation. Therefore, crack branching effect should be considered building the hypoth- etical model to predict crack growth retardation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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