Conoidal shells are doubly curved stiff surfaces which are easy to cast and fabricate due to their singly ruled property. Application of laminated composites in fabrication of conoidal shells reduces gravity forces and mass induced forces compared to the isotropic constructions due to the high strength to weight ratio of the material. These light weight shells are preferred in the industry to cover large column free open spaces. To ensure design reliability under service conditions, detailed knowledge about different behavioral aspects of conoidal shell is necessary. Hence, in this paper, static bending, free and forced vibration responses of composite conoidal shells are studied. Lagrange's equation of motion is used in conjunction with Hamilton's principle to derive governing equations of the shell. A finite element code using eight noded curved quadratic isoparametric elements is developed to get the solutions. Uniformly distributed load for static bending analysis and three different load time histories for solution of forced vibration problems are considered. Eight different stacking sequences of graphite-epoxy composite and two different boundary conditions are taken up in the present study. The study shows that relative performances of different shell combinations in terms of static behaviour cannot provide an idea about how they will relatively behave under dynamic loads and also the fact that the points of occurrence of maximum static and dynamic displacement may not be same on a shell surface.
This work presents an iterative mesh partitioning approach to improve the efficiency of parallel substructure finite element computations. The proposed approach employs an iterative strategy with a set of empirical rules derived from the results of numerical experiments on a number of different finite element meshes. The proposed approach also utilizes state-of-the-art partitioning techniques in its iterative partitioning kernel, a cost function to estimate the computational cost of each submesh, and a mechanism that adjusts element weights to redistribute elements among submeshes during iterative partitioning to partition a mesh into submeshes (or substructures) with balanced computational workloads. In addition, actual parallel finite element structural analyses on several test examples are presented to demonstrate the effectiveness of the approach proposed herein. The results show that the proposed approach can effectively improve the efficiency of parallel substructure finite element computations.
This paper presents the analyzing method of golf shoes and shows design technique including air-cycled pump in the midsole. The golf shoes are analyzed by using the finite element method for the optimization in design by considering the configuration of midsole and outsole, which compose the golf shoes. Also the optimum size of air-cycled pump in the midsole is examined. Standard human pressure values for boundary conditions are adoped for the finite element analysis. The unknown constants of the strain energy function of Ogden type are observed in accordance with the axial tension test. By using the commercial FEM software for nonlinear analysis, MARC V7.3, the strains and the values of volume change for midsole and outsole are obtained, respectively. As a result, it can be concluded that these values in the midsole and the outsole are different depending on the characteristic of elastomer. More precise investigation about the assembly of two parts, which represent midsole and outsole, is under studying.
유한요소해석 프로그램인 ANSYS를 이용하여 수정진동자의 진동 및 주파수특성을 해석하였다. 수정진동자의 직경을 고정하고 두께를 변화시키면서 주파수특성을 조사하였다. 전극박막을 금, 은, 알루미늄으로 적층하였을 경우, 금속의 종류에 따른 공진주파수를 구하였다. 그 결과 유한요소법을 이용하여 수정진동자의 최적조건을 예측할 수 있었다. 또 수정편 두께가 0.2mm 보다 작은 영역에서의 주공진주파수는 8.102 MHz이상의 고주파를 얻을 수 있는 것을 확인하였다. 전극박막으로 사용한 금속의 종류에 따른 수정진동자의 주공진주파수 변화를 조사한 결과, 금이나 은에 비해 알루미늄이 우수한 주파수특성을 나타내었다.
In the paper, we have proposed a new method to determine the initial billet for the forged products using a function approximation in the neural network. The architecture of neural network is a three-layer neural network and the back propagation algorithm is employed to train the network. By utilizing the ability of function approximation of a neural network, an optimal billet is determined by applying the nonlinear mathematical relationship between the aspect ratios in the initial billet and the final products. The amount of incomplete filling in the die is measured by the rigid-plastic finite element method. The neural network is trained with the initial billet aspect ratios and those of the unfilled volumes. After learning, the system is able to predict the filling regions which are exactly the same or slightly different to the results of finite element simulation. This new method is applied to find the optimal billet size for the plane strain rib-web product in cold forging. This would reduce the number of finite element simulation for determining the optimal billet size of forging product, further it is usefully adapted to physical modeling for the forging design.
Ananthi, G. Beulah Gnana;Roy, Krishanu;Lim, James B.P.
Steel and Composite Structures
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제31권6호
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pp.601-615
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2019
In cold-formed steel (CFS) structures, such as trusses, wall frames and columns, the use of back-to-back built-up CFS angle sections are becoming increasingly popular. In such an arrangement, intermediate fasteners are required at discrete points along the length, preventing the angle-sections from buckling independently. Limited research is available in the literature on the axial strength of back-to-back built-up CFS angle sections. The issue is addressed herein. This paper presents the results of 16 experimental tests, conducted on back-to-back built-up CFS screw fastened angle sections under axial compression. A nonlinear finite element model is then described, which includes material non-linearity, geometric imperfections and explicit modelling of the intermediate fasteners. The finite element model was validated against the experimental test results. The validated finite element model was then used for the purpose of a parametric study comprising 66 models. The effect of fastener spacing on axial strength was investigated. Four different cross-sections and two different thicknesses were analyzed in the parametric study, varying the slenderness ratio of the built-up columns from 20 to 120. Axial strengths obtained from the experimental tests and finite element analysis were used to assess the performance of the current design guidelines as per the Direct Strength Method (DSM); obtained comparison showed that the DSM is over-conservative by 13% on average. This paper has therefore proposed improved design rules for the DSM and verified their accuracy against the finite element and test results of back-to-back built-up CFS angle sections under axial compression.
An immersed boundary method for solving the Navier-Stokes and thermal energy equations is developed to compute the heat transfer over or inside the complex geometries in the Cartesian or cylindrical coordinates by introducing the momentum forcing, mass source/sink, and heat source/sink. The present method is based on the finite volume approach on a staggered mesh together with a fractional step method. The method of applying the momentum forcing and mass source/sink to satisfy the no-slip condition on the body surface is explained in detail in Kim, Kim and Choi (2001, Journal of Computational Physics). In this paper, the heat source/sink is introduced on the body surface or inside the body to satisfy the iso-thermal or iso-heat-flux condition on the immersed boundary. The present method is applied to three different problems : forced convection around a circular cylinder, mixed convection around a pair of circular cylinders, and forced convection around a main cylinder with a secondary small cylinder. The results show good agreements with those obtained by previous experiments and numerical simulations, verifying the accuracy of the present method.
We investigated complex damped modes in beams in the presence of a viscoelastic layer sandwiched between two elastic layers. The problem was solved using two approaches, (1) Rayleigh beam theory and analyzed using the Ritz method, and (2) by using 2D plane stress elasticity based finite-element method. The damping in the layers was modeled using the complex modulus. Simply-supported, cantilever, and viscously supported boundary conditions were considered in this study. Simple trigonometric functions were used as admissible functions in the Ritz method. The key idea behind sandwich structure is to increase damping in a beam as affected by the presence of a highly-damped core layer vibrating mainly in shear. Different assumptions are utilized in the literature, to model shear deformation in the core layer. In this manuscript, we used FEM without any kinematic assumptions for the transverse shear in both the core and elastic layers. Moreover, numerical examples were studied, where the base and constraining layers were also damped. The loss factor was calculated by modal strain energy method, and by solving a complex eigenvalue problem. The efficiency of the modal strain energy method was tested for different loss factors in the core layer. Complex mode shapes of the beam were also examined in the study, and a comparison was made between viscoelastically and viscously damped structures. The numerical results were compared with those available in the literature, and the results were found to be satisfactory.
An automated procedure which allows adaptation of spatial and time discretization simultaneously in finite element analysis of linear elastodynamic problems is presented. For dynamic problems having responses dominated by high frequency modes, such as those with impact, explosive, traveling and earthquake loads high gradient stress regions change their locations from time to time. And the time step size may need to vary in order to deal with whole process ranging from transient phase to steady state phase. As the sizes of elements in space vary in different regions, the procedure also permits different time stepping. In such a way, the best performance attainable by the finite element method can be achieved. In this study, we estimate both of the kinetic energy error and stran energy error induced by spatial and time discretization in a consistent manner. Numerical examples are used to demonstrate the performance of the procedure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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