Thin-walled adaptive structures render a large and important group of adaptive structures. Typical material system used for them is a composite laminate that includes piezoelectric material based sensors and actuators. The piezoelectric active elements are in the form of thin patches bonded onto or embedded into the structure. Among different types of patches, the paper considers those polarized in the thickness direction. The finite element method (FEM) imposed itself as an essential technical support for the needs of structural design. This paper gives a brief description of a developed shell type finite element for active/adaptive thin-walled structures and the element is, furthermore, used as a tool to consider the aspect of mesh distortion over the surface of actuators and sensors. The aspect is of significance for simulation of behavior of adaptive structures and implementation of control algorithms.
Uplift response of rectangular anchor plates has been investigated in physical model tests and numerical simulation using Plaxis. The behavior of rectangular plates during uplift test was studied by experimental data and finite element analyses in cohesionless soil. Validation of the analysis model was also carried out with 200 mm and 300 mm diameter of rectangular plates in sand. Agreement between the uplift responses from the physical model tests and finite element modeling using PLAXIS 2D, based on 200 mm and 300 mm computed maximum displacements were excellent for rectangular anchor plates. Numerical analysis using rectangular anchor plates was conducted based on hardening soil model (HSM). The research has showed that the finite element results gives higher than the experimental findings in dense and loose packing of cohesionless soil.
Shallow footings usually belonged to the category of thick plate structures. For accurate analysis of thick plates, the contribution of out-of-plane components of the stress tensor should be considered in the formulation. Most of the available shallow footing models are based on the classical plate theories, which usually neglect the effects of the out-of-plane stresses. In this study, a mixed-field plate finite element model (FEM) is developed for the analysis of shallow footings rested on soil foundations. In addition to displacement field variables, the out-of-plane components of the stress tensor are also assumed as a priori unknown variables. For modeling the interaction effect of the soil under and outside of the shallow footings, the modified Vlasov theory is used. The tensionless nature of the supporting soil foundation is taken into account by adopting an incremental, iterative procedure. The equality requirement of displacements at the interface between the shallow footing and soil is fulfilled using the penalty approach. For validation of the present mixed FEM, the obtained results are compared with the results of 3D FEM and previous results published in the literature. The comparisons show the present mixed FEM is an efficient and accurate tool for solving the problems of shallow footings rested on subsoil.
Cherfi Mohamed;Zagane Mohammed El Sallah;Moulgada Abdelmadjid;Ait Kaci Djafar;Benouis Ali;Zahi Rachid;Sahli Abderahmen
Structural Engineering and Mechanics
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v.91
no.3
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pp.251-262
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2024
Numerical modeling using the finite element method (FEM) offers crucial insights into the mechanical behavior of prostheses, including stress and strain distribution, load transfer, and stress intensity factors. Analyzing cracking in PMMA surgical cement (polymethylmethacrylate) for total hip prostheses (THP) is essential for understanding the loosening phenomenon, as the rupture of orthopedic cement is a primary cause. By understanding various failure mechanisms, significant advancements in cemented total prostheses can be achieved. This study performed a numerical analysis using a 3D FEM model to evaluate stress levels in different THP models, aiming to model damage in the orthopedic cement used in total hip arthroplasty. Utilizing ABAQUS software, FEM, and XFEM, the damage in three types of THPs-Charnley (CMK3), Osteal (BM3), and THOMPSON was modeled under stumbling loading conditions. XFEM allowed for the consideration of crack propagation between the cement and bone, while the GEARING criterion employed a user-defined field subroutine to model damage parameters. The study's findings can contribute to improving implant fixation techniques and preventing postoperative complications in orthopedic surgery.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2008.10a
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pp.277-280
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2008
Multi layer bellows are being manufactured for commercial vehicle because of the characteristic of high durability compared with single iaγor bellows used to passenger vehicle. Finite Element Method (FEM) study and optimization about single layer bellows are actively progressed, but FEM study about multi layer bellows which have gap between layer is rarely processed. Therefore, this article presents finite element modeling of multi layer bellows for the improvement of simulation reliability. For the shape optimization of multi layer bellows, design of experiment and Taguchi method are used.
A 3D FEM (Finite Element Method) based Helmholtz solver has been commonly used to characterize fundamental acoustic behavior and investigate dynamic instability features in many combustion systems. In this approach, a geometrical simplification of the target system has been generally made in order to reduce computational time and cost because a real combustor and fuel nozzle have a very complicated flow passage. The feasibility of these simplifications is quantitatively investigated in a small aero gas turbine nozzle in term of acoustic characteristics. It is found that the simplification in a nozzle geometry during the 3D FEM analysis process has no great influence on the acoustic modeling results, while the calculation complexity can be improved for a similar modeling accuracy.
To enhance capability on discerning local and regional seismic phases, such as, Pn, Pg, Sn, Rg, etc, within the crust, 2-D numerical forward modeling will be applied to the data obtained from local seismic stations by simulating almost all waves including not only body wave but also surface wave generated without having to explicitly include them under consideration of Q factor. In this study, after getting rid of instrumental response by deconvolution, pseudo-spectral method instead of relying on typical numerical methods, such as, FEM(Finite Element Method) and FDM(Finite Difference Method), will be implemented for 2-D numerical forward modeling by considering velocities of P-wave and S-wave, density, and Q factors. Ultimately, the Power of reaching the enhanced capability on discerning local and regional seismic phases will make it easier for us to identify the seismic source, whether it is originated from man-made explosion or pure earthquake.
Polatov, Askhad M.;Khaldjigitov, Abduvali A.;Ikramov, Akhmat M.
Advances in Computational Design
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v.5
no.3
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pp.305-321
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2020
In this paper is presented the solution method for three-dimensional problem of transversely isotropic body's elastoplastic deformation by the finite element method (FEM). The process of problem solution consists of: determining the effective parameters of a transversely isotropic medium; construction of the finite element mesh of the body configuration, including the determination of the local minimum value of the tape width of non-zero coefficients of equation systems by using of front method; constructing of the stiffness matrix coefficients and load vector node components of the equation for an individual finite element's state according to the theory of small elastoplastic deformations for a transversely isotropic medium; the formation of a resolving symmetric-tape system of equations by summing of all state equations coefficients summing of all finite elements; solution of the system of symmetric-tape equations systems by means of the square root method; calculation of the body's elastoplastic stress-strain state by performing the iterative process of the initial stress method. For each problem solution stage, effective computational algorithms have been developed that reduce computational operations number by modifying existing solution methods and taking into account the matrix coefficients structure. As an example it is given, the problem solution of fibrous composite straining in the form of a rectangle with a system of circular holes.
Polygonal finite element provides a great flexibility in mesh generation of crack propagation problems where the topology of the domain changes significantly. However, the control of the discretization error in such problems is a main concern. In this paper, a polygonal-FEM is presented in modeling of crack propagation problems via an automatic adaptive mesh refinement procedure. The adaptive mesh refinement is accomplished based on the Zienkiewicz-Zhu error estimator in conjunction with a weighted SPR technique. Adaptive mesh refinement is employed in some steps for reduction of the discretization error and not for tracking the crack. In the steps that no adaptive mesh refinement is required, local modifications are applied on the mesh to prevent poor polygonal element shapes. Finally, several numerical examples are analyzed to demonstrate the efficiency, accuracy and robustness of the proposed computational algorithm in crack propagation problems.
The main objective of seismic codes is to prevent structural collapse and ensure life safety. Collapse probability of a structure is usually assessed by making a series of analytical model assumptions. This paper investigates the effect of finite element modeling (FEM) assumptions on the estimated collapse capacity of a reinforced concrete (RC) frame building and points out the modeling limitations. Widely used element formulations and hysteresis models are considered in the analysis. A full-scale, three-story RC frame building was utilized as the experimental model. Alternative finite element models are established by adopting a range of different modeling strategies. Using each model, the collapse capacity of the structure is evaluated via Incremental Dynamic Analysis (IDA). Results indicate that the analytically estimated collapse capacities are significantly sensitive to the utilized modeling approaches. Furthermore, results also show that models that represent stiffness degradation lead to a better correlation between the actual and analytical responses. Results of this study are expected to be useful for in developing proper models for assessing the collapse probability of RC frame structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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