Considering stress singularities at point support locations, buckling solutions for plates with arbitrary number of point supports are hard to obtain. Thus, new Hp-Cloud shape functions with Kronecker delta property (HPCK) were developed in the present paper to examine elastic buckling of point-supported thin plates in various shapes. Having the Kronecker delta property, this specific Hp-Cloud shape functions were constructed through selecting particular quantities for influence radii of nodal points as well as proposing appropriate enrichment functions. Since the given quantities for influence radii of nodal points could bring about poor quality of interpolation for plates with sharp corners, the radii were increased and the method of Lagrange multiplier was used for the purpose of applying boundary conditions. To demonstrate the capability of the new Hp-Cloud shape functions in the domain of analyzing plates in different geometry shapes, various test cases were correspondingly investigated and the obtained findings were compared with those available in the related literature. Such results concerning these new Hp-Cloud shape functions revealed a significant consistency with those reported by other researchers.
In meshless methods some techniques to impose essential boundary conditions have been developed since the approximations do not satisfy Kronecker delta properties at nodal points. In this study, new scheme for imposing essential boundary conditions is developed. Weight functions are modified by multiplying with auxiliary weight functions and the resulting shape functions satisfy Kronecker delta property on the bound ary nodes. In addition, the resulting shape functions possess and interpolation features on the boundary segments where essential boundary conditions are prescribed. Therefore the essential boundary conditions can be exactly satisfied with the new method. More importantly, the impositions of essential boundary conditions using the present method is relatively easy as in finite element method. Numerical examples show that the method also retains high convergence rate comparable to Lagrange multiplier method.
This paper presents a meshfree procedure using a convex generalized meshfree (GMF) approximation for the large deformation analysis of particle-reinforced rubber compounds on microscopic level. The convex GMF approximation possesses the weak-Kronecker-delta property that guarantees the continuity of displacement across the material interface in the rubber compounds. The convex approximation also ensures the positive mass in the discrete system and is less sensitive to the meshfree nodal support size and integration order effects. In this study, the convex approximation is generated in the GMF method by choosing the positive and monotonic increasing basis function. In order to impose the periodic boundary condition in the unit cell method for the microscopic analysis, a singular kernel is introduced on the periodic boundary nodes in the construction of GMF approximation. The periodic boundary condition is solved by the transformation method in both explicit and implicit analyses. To simulate the interface de-bonding phenomena in the rubber compound, the cohesive interface element method is employed in corporation with meshfree method in this study. Several numerical examples are presented to demonstrate the effectiveness of the proposed numerical procedure in the large deformation analysis.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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제17권2호
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pp.67-85
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2013
Reproducing Polynomial Particle Method (RPPM) is one of meshless methods that use meshes minimally or do not use meshes at all. In this paper, the RPPM is employed for free vibration analysis of shear-deformable plates of the first order shear deformation model (FSDT), called Reissner-Mindlin plate. For numerical implementation, we use flat-top partition of unity functions, introduced by Oh et al, and patchwise RPPM in which approximation functions have high order polynomial reproducing property and the Kronecker delta property. Also, we demonstrate that our method is highly effective than other existing results for various aspect ratios and boundary conditions.
A local point interpolation method (LPIM) is presented for the stress analysis of two-dimensional solids. A local weak form is developed using the weighted residual method locally in two-dimensional solids. The polynomial interpolation, which is based only on a group of arbitrarily distributed nodes, is used to obtain shape functions. The LPIM equations are derived, based on the local weak form and point interpolation. Since the shape functions possess the Kronecker delta function property, the essential boundary condition can be implemented with ease as in the conventional finite element method (FEM). The presented LPIM method is a truly meshless method, as it does not need any element or mesh for both field interpolation and background integration. The implementation procedure is as simple as strong form formulation methods. The LPIM has been coded in FORTRAN. The validity and efficiency of the present LPIM formulation are demonstrated through example problems. It is found that the present LPIM is very easy to implement, and very robust for obtaining displacements and stresses of desired accuracy in solids.
The state-based peridynamics is considered a nonlocal method in which the equations of motion utilize integral form as opposed to the partial differential equations in the classical continuum mechanics. As a result, the enforcement of boundary conditions in solid mechanics analyses cannot follow the standard way as in a classical continuum theory. In this paper, a new approach for the boundary condition enforcement in the state-based peridynamic formulation is presented. The new method is first formulated based on a convex kernel approximation to restore the Kronecker-delta property on the boundary in 1-D case. The convex kernel approximation is further localized near the boundary to meet the condition that recovers the correct boundary particle forces. The new formulation is extended to the two-dimensional problem and is shown to reserve the conservation of linear momentum and angular momentum. Three numerical benchmarks are provided to demonstrate the effectiveness and accuracy of the proposed approach.
The present work mainly reports a significant development of a novel efficient meshfree method for vibration and buckling analysis of orthotropic plates. The plate theory with orthotropic materials is followed the Kirchhoff''s assumption in which the only deflection is field variable and approximated by the moving Kriging interpolation approach, a new technique used for constructing the shape functions. The moving Kriging technique holds the Kronecker delta property, thus it makes the method efficiently in imposing the essential boundary conditions and no special techniques are required. Assessment of numerical results is to accurately illustrate the applicability and the effectiveness of the proposed method in the class of eigenvalue problems.
The state-based peridynamics is considered a nonlocal method in which the equations of motion utilize integral form as opposed to the partial differential equations in the classical continuum mechanics. As a result, the enforcement of boundary conditions in solid mechanics analyses cannot follow the standard way as in a classical continuum theory. In this paper, a new approach for the boundary condition enforcement in the state-based peridynamic formulation is presented. The new method is first formulated based on a convex kernel approximation to restore the Kronecker-delta property on the boundary in 1-D case. The convex kernel approximation is further localized near the boundary to meet the condition that recovers the correct boundary particle forces. The new formulation is extended to the two-dimensional problem and is shown to reserve the conservation of linear momentum and angular momentum. Three numerical benchmarks are provided to demonstrate the effectiveness and accuracy of the proposed approach.
In this work, the free vibration problem of a rotating Rayleigh beam is solved using the meshless Petrov-Galerkin method which is a truly meshless method. The Rayleigh beam includes rotatory inertia in addition to Euler-Bernoulli beam theory. The radial basis functions, which satisfy the Kronecker delta property, are used for the interpolation. The essential boundary conditions can be easily applied with radial basis functions. The results are obtained using six nodes within a subdomain. The results accurately match with the published literature. Also, the results with Euler-Bernoulli are obtained to compare the change in higher natural frequencies with change in the slenderness ratio (${\sqrt{A_0R^2/I_0}}$). The mass and stiffness matrices are derived where we get two stiffness matrices for the node and boundary respectively. The non-dimensional form is discussed as well.
In this paper, a meshfree-enriched finite element method (ME-FEM) is introduced for the large deformation analysis of nonlinear path-dependent problems involving contact. In linear ME-FEM, the element formulation is established by introducing a meshfree convex approximation into the linear triangular element in 2D and linear tetrahedron element in 3D along with an enriched meshfree node. In nonlinear formulation, the area-weighted smoothing scheme for deformation gradient is then developed in conjunction with the meshfree-enriched element interpolation functions to yield a discrete divergence-free property at the integration points, which is essential to enhance the stress calculation in the stage of plastic deformation. A modified variational formulation using the smoothed deformation gradient is developed for path-dependent material analysis. In the industrial metal forming problems, the mortar contact algorithm is implemented in the explicit formulation. Since the meshfree-enriched element shape functions are constructed using the meshfree convex approximation, they pose the desired Kronecker-delta property at the element edge thus requires no special treatments in the enforcement of essential boundary condition as well as the contact conditions. As a result, this approach can be easily incorporated into a conventional displacement-based finite element code. Two elasto-plastic problems are studied and the numerical results indicated that ME-FEM is capable of delivering a volumetric locking-free and pressure oscillation-free solutions for the large deformation problems in metal forming analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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