This paper presents a mechanical model of a "tapered composite shaft" rotating at a constant speed around its axis. The spatial equations of motion are solved using the Lagrange technique, and a finite element approach is employed to construct the model. Theoretical analysis is used to compute the kinetic and strain energies. A comparison is made between conventional finite element methods and hierarchical finite element methods, indicating that the former uses fewer elements and provides higher accuracy in determining natural frequencies. Numerical calculations are performed to determine the eigen frequencies and critical speeds of the rotating composite shaft. The critical speeds of composite shaft systems are compared with existing literature to validate the proposed model.
This work proposes a theoretical and numerical study on the behavior of a tapered shaft rotor made of composite materials by the classical version h and the version p of the finite element method. Hierarchical form functions are used to define the model. The purpose of this paper is to determine the expressions of the kinetic and potential energies of the tree necessary for the results of the equations of motion. A comparison between the version h and the p version of the finite element method of the functions of polynomial and trigonometric hierarchical forms with six degrees of freedom per node, of a composite tapered and cylindrical shaft which rotates at a constant speed about its axis. It is found that when the number of functions of form (the version p) is increased, the solution converges. It is also observed that the conicity of the shaft increases the rigidity with respect to a uniform shaft having the same mechanical properties. The numerical simulation allowed us to determine the natural frequencies and the critical speeds of the composite shaft systems are compared with those available in the literature and the effectiveness of the methods used are discussed.
This study presents the efficiency of simulating structural systems using a method that combines a simplified component model (SCM) and rigorous component model (RCM). To achieve a realistic simulation of structural systems, a numerical model must be adequately capturing the detailed behaviors of real systems at various scales. However, capturing all details represented within an entire structural system by very fine meshes is practically impossible due to technological limitations on computational engineering. Therefore, this research develops an approach to simulate large-scale structural systems that combines a simplified global model with multiple detailed component models adjusted to various scales. Each correlated multi-scale simulation model is linked to others using a multi-level hierarchical modeling simulation method. Simulations are performed using nonlinear finite element analysis. The proposed method is applied in an analysis of a simple reinforced concrete structure and the Reuipu Elementary School (an existing structure), with analysis results then compared to actual onsite observations. The proposed method obtained results very close to onsite observations, indicating the efficiency of the proposed model in simulating structural system behavior.
The functionally graded (FG) porous plates are usually characterized by the non-symmetric elastic modulus distribution through the thickness so that the plate neutral surface does not coincide with the mid-surface. Nevertheless, the conventional analysis models were mostly based on the plate mid-surface so that the accuracy of resulting numerical results is questionable. In this context, this paper presents the neutral surface-based static and free vibration analysis of FG porous plates and investigates the differences between the mid- and neutral surface-based analysis models. The neutral surface-based numerical method is formulated using the (3,3,2) hierarchical model and approximated by the last introduced natural element method (NEM). The volume fractions of metal and ceramic are expressed by the power-law function and the cosine-type porosity distributions are considered. The proposed numerical method is demonstrated through the benchmark experiment, and the differences between two analysis models are parametrically investigated with respect to the thickness-wise material and porosity distributions. It is found from the numerical results that the difference cannot be negligible when the material and porosity distributions are remarkably biased in the thickness direction.
Adaptive finite element analysis, which its solution error meets with the user defined allowable error, is recently used far improving reliability of finite element analysis results. This adaptive analysis is composed of two procedures; one is the error estimation of an analysis result and another is the reconstruction of finite elements. In the rp-method, an element size is controlled by relocating of nodal positions(r-method) and the order of an element shape function is determined by the hierarchical polynomial(p-method) corresponding to the element solution error. In order to show the effectiveness and accuracy of the suggested rp-method, various numerical examples were analyzed and these analysis results were examined by comparing with those obtained by the existed methods. As a result of this study, following conclusions are obtained. (1) rp-method is more accurate and effective than the r- and p-method. (2) The solution convergency of the rp-method is controlled by means of the iterative calculation numbers of the r- and p- method each other.
최근, 유한요소해석견과의 신뢰도를 향상시키기 위하여 활발하게 연구되고 있는 적응유한요소해석은 반복계산을 통해서 해석결과의 오차가 사용자에 의해 지정된 허용오차와 같아지도록 하는 해석방법이다. 이와 간은 적응유한요소해석은 해석결과의 오차평가와 이에 따른 유한요소의 재구성과정으로 나누어진다. rp방법에서는 절점의 위치를 이동시켜 요소의 크기를 조절하는 r방법과 형상함수찻수를 증가시키는 p방법을 동시에 적용함으로써 적응해석의 유효성을 향상시키고자 하였다. 제안한 rp방법의 특성을 규명하고 적응해석의 유효성을 보이기 위하여 전형적인 이차원 평면문제들을 해석하고 그 결과를 검토하였다.
효율적인 네트워크 관리를 위해 중앙 집중적인 구조, 분산 관리 구조, 그리고 하이브리드 구조와 같은 다양한 관리 구조들이 연구되었지만, 어느 구조도 모든 환경에서 효율적이지는 못하다. 본 연구에서는 향후 활용이 많을 것으로 기대되는 광범위한 영역에 분포된 많은 수의 저용량 NE(Network Element)들을 유연성 있게 관리하기 위한 MA+SNMP 기반의 계층적 관리 구조를 제안한다. 제안 구조는 중간 관리 노드를 사용한 계층적 분할 관리 구조이며 관리의 유연성과 NMS의 부하 감소를 위하여 중간 관리 노드는 MA 기반의 분산 처리를 수행하고, NE의 소규모 특성을 고려하여 NE는 SNMP 기반으로 동작한다. 분석을 통해 제시된 환경에서 제안 구조가 기존 관리 구조의 취약점을 해결하여 처리 시간이 개선됨을 보인다.
A new axisymmetric crack model is proposed on the basis of p-version of the finite element method limited to theory of small scale yielding. To this end, axisymmetric stress element is formulated by integrals of Legendre polynomial which has hierarchical nature and orthogonality relationship. The virtual crack extension method has been adopted to calculate the stress intensity factors for 3-D axisymmetric cracked bodies where the potential energy change as a function of position along the crack front is calculated. The sensitivity with respect to the aspect ratio and Poisson locking has been tested to ascertain the robustness of p-version axisymmetric element. Also, the limit value that is an exact solution obtained by FEM when degree of freedom is infinite can be estimated using the extrapolation equation based on error prediction in energy norm. Numerical examples of thick-walled cylinder, axisymmetric crack in a round bar and internal part-thorough cracked pipes are tested with high precision.
A three dimensional finite element generation code has been developed attaching simple blocks. Block can be either a quadrature or a cube depending on the dimension of a subject considered. Finite element serendipity basis functions are employed to map elements between the computational domain and the physical domain. Elements can be generated with wser defined progressive ratio for each block. For blocks to be connected properly, a block should have a consistent numbering scheme for vertices, side nodes, edges and surfaces. In addition the edge information such as the number of elements and the progressive ratio for each direction should also be checked for interfaces to have unique node numbers. Having done so, user can add blocks with little worry about the orientation of blocks, Since the present the present code has been written by a Visual Basic language, it can be developed easily for a user interactive manner under a Windows environment.
A linearised buckling analysis of thin-walled beams is addressed in this paper. Beam theories formulated according to a unified approach are presented. The displacement unknown variables on the cross-section of the beam are approximated via Mac Laurin's polynomials. The governing differential equations and the boundary conditions are derived in terms of a fundamental nucleo that does not depend upon the expansion order. Classical beam theories such as Euler-Bernoulli's and Timoshenko's can be retrieved as particular cases. Slender and deep beams are investigated. Flexural, torsional and mixed buckling modes are considered. Results are assessed toward three-dimensional finite element solutions. The numerical investigations show that classical and lower-order theories are accurate for flexural buckling modes of slender beams only. When deep beams or torsional buckling modes are considered, higher-order theories are required.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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