In this paper, a conjugate heat transfer around cylinder with heat generation was investigated. Both forced convection and conduction was considered in the present finite element simulation. A finite element formulation based on SIMPLE type algorithm was adopted for the solution of the incompressible Navier-Stokes equations. We compared the finite element solution with that of Ansys fluent 12.0, in which finite volume method was employed for spatial discretization. It was found that the finite element method gave more accurate solution than Ansys fluent 12.0. Further, it was found that the maximum temperature inside cylinder is positioned at the rear side due to the flow separation.
The finite element method has been widely used in the analysis of ring rolling. For ring rolling it requires a high computational expense due to the non-steady state material flow characteristics of the process. The high computational expense causes the finite element analysis to be impractical for industrial applications. In the current study, we aim to develop a practical implicit finite element modeling method for ring rolling. This method uses a step-wise steady state assumption and is called the “Stepped method”. The stepped method divides the whole process time of unsteady-state flow model into a finite number of steady-state models. It then solves the process at several specific time steps until convergence is reached. In order to confirm the performance and validity of the newly proposed stepped method, the result from the stepped method were compared to the results from a Lagrangian finite element method and to results from experiments reported in the literature.
Stress wave propagation through concrete is simulated by finite element analysis. The concrete medium is modeled as a homogeneous material with smeared properties to investigate and establish the suitable finite element analysis method (explicit versus implicit) and analysis parameters (element size, and solution time increment) also suitable for rigorous investigation. In the next step, finite element analysis model of the medium is developed using a digital image processing technique, which distinguishes the mortar and aggregate phases of concrete. The mortar and aggregate phase topologies are, then, directly mapped to the finite element mesh to form a heterogeneous concrete model. The heterogeneous concrete model is then used to simulate wave propagation. The veracity of the model is demonstrated by evaluating the intrinsic parameters of nondestructive ultrasonic pulse velocity testing of concrete. Quantitative relationships between aggregate size and testing frequency for nondestructive testing are presented.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2000.10a
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pp.3-10
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2000
In this study, a new smart beam finite element is proposed for the finite element modeling of the beam-type smart structure with bonded plate-type piezoelectric sensors and actuators. Constitutive equations far the direct piezoelectric effect and converse piezoelectric effect of piezoelectric materials are considered. By using the variational principle, the equations of motion for the smart beam finite element are derived. The presented 2-node beam finite element is isoparametric element based on Timoshenko beam theory. The validity of the proposed beam element is shown through comparing the analysis results of the verification examples with those of other previous researches. Therefore, by analyzing smart structures with smart beam finite elements, it is possible to simulate the control of the structural behavior by piezoelectric actuators with applied voltages and the monitoring of the structure behavior by piezoelectric sensors with sensed voltages.
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.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.23
no.1
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pp.83-88
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2019
Structural analysis remains as an essential part of any integrated civil engineering system in today's rapidly changing computing environment. Even with enormous advancements in capabilities of computers and mobile tools, enhancing computational efficiency of algorithms is necessary to meet the changing demands for quick real time response systems. The finite element method is still the most widely used method of computational structural analysis; a robust, reliable and automated finite element structural analysis module is essential in a modern integrated structural engineering system. To be a part of an automated finite element structural analysis, an efficient adaptive mesh generation scheme based on R-H refinement for the mesh and error estimates from representative strain values at Gauss points is described. A coefficient that depends on the shape of element is used to correct overly distorted elements. Two simple case studies show the validity and computational efficiency. The scheme is appropriate for nonlinear and dynamic problems in earthquake engineering which generally require a huge number of iterative computations.
The authors suggest the algorithm for the static analysis of a three dimensional solid structure by using the finite element-transfer stiffness coefficient method (FE-TSCM) and the hexahedral element of the finite element method (FEM). MATLAB codes were made by both FE-TSCM and FEM for the static analysis of three dimensional solid structure. They were applied to the static analyses of a very thick plate structure and a three dimensional solid structure. In this paper, as we compare the results of FE-TSCM with those of FEM, we confirm that FE-TSCM introducing the hexahedral element for the static analysis of a three dimensional solid structure is very effective from the viewpoint of the computational accuracy, speed, and storage.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.12
no.3
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pp.32-41
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1995
In the analysis of metal forming processes by the finite element method, there are many numerical instabilities such as element locking, hourglass mode and shear locking. These instabilities may have a bad effect upon accuracy and convergence. The present work is concerned with improvement of stability and efficiency in two-dimensional rigid-plastic finite element method using various type of elemenmts and numerical intergration schemes. As metal forming examples, upsetting and backward extrusion are taken for comparison among the methods: various element types and numerical integration schemes. Comparison is made in terms of stability and efficiency in element behavior and computational efficiency and a new scheme of adaptive directional reduced integration is introduced. As a result, the finite element computation has been stabilized from the viewpoint of computational time, convergency, and numerical instability.
An automatic quadrilateral mesh generator for large deformation finite element analysis such as metal forming simulation was developed. The NURBS interpolation method is used for modeling arbitrary 2-D free surface. This mesh generation technique is the modified paving algorithm, which is an advancing front technique with element-by-element resolving method for paving boundary intersection problem. The mesh density for higher analysis accuracy and less analysis time can be easily controlled with high-density points, maximum and minimum element size. A couple of application to large deformation finite element analysis is given as an example, which shows versatility and applicability of the proposed approach and the developed mesh generator for large deformation finite element analysis.
Kim, Se-Hoon;Park, Young-Soo;Kim, Nam-Gyu;Lee, Jong-Jae
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.22
no.2
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pp.76-82
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2018
In this present study, in order to update the finite element model considering the boundary conditions, a method has been proposed. The conventional finite element model updating method, updates the finite element model by using the dynamic characteristics (natural frequency, mode shape) which can be estimated from the ambient vibration test. Therefore, prediction of the static response of an actual structure is difficult. Furthermore, accurate estimation of the physical properties is relatively hard. A novel method has been proposed to overcome the limitations of conventional method. Initially, the proposed method estimates the rotational spring constant of a finite element model using the deflection of structure and the rotational displacement of support measurements. The final updated finite element model is constructed by estimating the material properties of the structure using the finite element model with updated rotational spring constant and the dynamic characteristics of the structure. The proposed finite element model updating method is validated through numerical simulation and compared with the conventional finite element model updating method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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