In this paper, we introduce an extrapolated higher order characteristic finite element method to approximate solutions of nonlinear Sobolev equations with a convection term and we establish the higher order of convergence in the temporal and the spatial directions with respect to $L^2$ norm.
High order finite element have a greater convergence rate than low order finite elements, and in general produce more accurate results. These elements have the disadvantage of being more computationally expensive and often require a longer time to solve the finite element analysis. High order elements have been used in this paper to obtain a new eigenvalue solution with out re-solving the new model. The optimisation of the eigenvalue via the differentiation of the Rayleigh quotient has shown that the additional nodes associated with the higher order elements can be condensed out and solved using the original finite element solution. The higher order elements can then be used to calculate an improved eigenvalue for the finite element analysis.
We introduce an extrapolated higher order characteristic finite element method to construct approximate solutions of a Sobolev equation with a convection term. The higher order of convergence in both the temporal direction and the spatial direction in $L^2$ normed space is established and some computational results to support our theoretical results are presented.
This paper describes a method of the refined plastic hinge approach in the framework of the higher-order element formulation that can efficaciously evaluate the limit state capacity of a whole reinforced concrete structural system using least number of element(s), whereas the traditional design of a reinforced concrete structure (i.e. AS3600; Eurocode 2) is member-based approach. Hence, in regard to the material nonlinearities, the efficient and economical cross-section analysis is provided to evaluate the element section capacity of non-uniform and arbitrary concrete section subjected to the interaction effects, which is helpful to formulate the refined plastic hinge method. In regard to the geometric nonlinearities, this paper relies on the higher-order element formulation with element load effect. Eventually, the load redistribution can be considered and make full use of the strength reserved owing to the redundancy of an indeterminate structure. And it is particularly true for the performance-based design of a structure under the extreme loads, while the uncertainty of the extreme load is great that the true behaviour of a whole structural system is important for the economical design approach, which is great superiority over the conservative optimal strength of an individual and isolated member based on traditional design (i.e. AS3600; Eurocode 2).
An alternative interpretation of the completeness requirements for the higher order elements is presented. Apart from the familiar condition, $\sum_iN_i=1$, some additional conditions to be satisfied by the shape functions of higher order elements are identified. Elements with their geometry in the natural form, i.e., without any geometrical distortion, satisfy most of these additional conditions inherently. However, the geometrically distorted elements satisfy only fewer conditions. The practical implications of the satisfaction or non-satisfaction of these additional conditions are investigated with respect to a 3-node bar element, and 8- and 9-node quadrilateral elements. The results suggest that non-satisfaction of these additional conditions results in poorer performance of the element when the element is geometrically distorted. Based on the new interpretation of completeness requirements, a 3-node element and an 8-node rectangular element that are insensitive to mid-node distortion under a quadratic displacement field have been developed.
A previously proposed finite element formulation method is refined and modified to generate a new type of elements. The method is based on selecting a set of general solution modes for element formulation. The constant strain modes and higher order modes are selected and the formulation method is designed to ensure that the element will pass the basic single element test, which in turn ensures the passage of the basic patch test. If the element is to pass the higher order patch test also, the element stiffness matrix is in general asymmetric. The element stiffness matrix depends only on a nodal displacement matrix and a nodal force matrix. A symmetric stiffness matrix can be obtained by either modifying the nodal displacement matrix or the nodal force matrix. It is shown that both modifications lead to the same new element, which is demonstrated through numerical examples to be more robust than an assumed stress hybrid element in plane stress application. The method of formulation can also be used to arrive at the conforming displacement and hybrid stress formulations. The convergence of the latter two is explained from the point of view of the proposed method.
본 연구에서는 8절점 28자유도를 갖는 사각형 고차 판 유한 요소를 면내고차 변위를 고려하여 3차원 연속체로부터 유도하였다. 요소매트릭스들은 판의 운동방정식으로부터 Galerkin 가중잔차법으로 유도하고 감차적분을 수행하여 구하였다. 고차 판 유한요소를 이용하여 판의 처짐해석과 자유진동해석을 수행한 결과 판의 두께와 경게조건에 관계없이 매우 정확한 결과를 나타내었다.
본 연구에서는 고차 판 유한요소의 판의 기하학적 비선형 해석에의 적용성을 고찰한다. 고차판요소는 3 차원 연속체로부터 Total Lagrangian 형태로 나타낸 운동방정식을 이산화하고 고차 판이론을 도입하여 유도한다. 유한변형을 고려한 기하학적 비션형 방정식은 Newton-Raphson반복법으로 내력벡터를 선형화하여 강도매트릭스를 반복계산하여 푼다. 요소매트릭스는 shear locking 현상을 피하기 위하여 Gauss 적분법을 이용한 선택적 감차적분으로 계산한다. 여러가지 예제해석을 통하여 고차 판요소의 효율성과 정확도를 고찰하였다.
This paper is studied an efficient temperature distribution and heat transfer of two-dimensional rectangular cross-section by the higher-order triangular finite dynamic element and finite difference. This is achieved by employing a discretization technique based on a recently developed concept of finite dynamic elements, involving higher order dynamic correction terms in the associated stiffness and convection matrices. Numerical solution results of temperature distribution presented herein clearly optimum element and show that FEM10 is the most accurate temperature distribution, but heat transfer and computational effort is the most acquired.
A new three-node triangular shell element based on higher order zig-zag theory is developed for laminated composite shells with multiple delaminations. The present higher order zig-zag shell theory is described in a general curvilinear coordinate system and in general tensor notation. All the complicated curvatures of surface including twisting curvatures can be described in an exact manner in the present shell element because this element is based on geometrically exact surface representation. The displacement field of the proposed finite element includes slope of deflection. which requires continuity between element interfaces. Thus the nonconforming shape function of Specht's three-node triangular plate bending element is employed to interpolate out-of-plane displacement. The present element passes the bending and twisting patch tests in flat surface configurations. The developed element is evaluated through the buckling problems of composite cylindrical shells with multiple delaminations. Through the numerical examples it is demonstrated that the proposed shell element is efficient because it has minimal degrees of freedom per node. The accuracy of the present element is demonstrated in the prediction of buckling loads and buckling modes of shells with multiple delaminations. The present shell element should serve as a powerful tool in the prediction of buckling loads and modes of multi-layered thick laminated shell structures with arbitrary-shaped multiple delaminations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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