The mixed-mode stress intensity factors of 2-D angled cracks are evaluated by Petrov-Galerkin natural element (PG-NE) method in which Voronoi polygon-based Laplace interpolation functions and CS-FE basis functions are used for the trial and test functions respectively. The interaction integral is implemented in a frame of PG-NE method in which the weighting function defined over a crack-tip integral domain is interpolated by Laplace interpolation functions. Two Cartesian coordinate systems are employed and the displacement, strains and stresses which are solved in the grid-oriented coordinate system are transformed to the other coordinate system aligned to the angled crack. The present method is validated through the numerical experiments with the angled edge and center cracks, and the numerical accuracy is examined with respect to the grid density, crack length and angle. Also, the stress intensity factors obtained by the present method are compared with other numerical methods and the exact solution. It is observed from the numerical results that the present method successfully and accurately evaluates the mixed-mode stress intensity factors of 2-D angled cracks for various crack lengths and crack angles.
Since Berkhoff proposed the mild-slope equation in 1972, it has widely been used for calculation of shallow water wave transformation. Recently, it was extended to give an extended mild-slope equation, which includes the bottom slope squared term and bottom curvature term so as to be capable of modeling wave transformation on rapidly varying topography. These equations were derived by integrating the Laplace equation vertically. In the present study, we develop a finite element model to solve the Laplace equation directly while keeping the same computational efficiency as the mild-slope equation. This model assumes the vertical variation of wave potential as a cosine hyperbolic function as done in the derivation of the mild-slope equation, and the Galerkin method is used to discretize . The computational domain was discretized with proper finite elements, while the radiation condition at infinity was treated by introducing the concept of an infinite element. The upper boundary condition can be either free surface or a solid structure. The applicability of the developed model was verified through example analyses of two-dimensional wave reflection and transmission. .
Parallel finite element code has been recently developed for the analysis of the incompressible Wavier-Stokes equations using domain decomposition method. Metis and MPI libraries are used for the domain partitioning of an unstructured mesh and the data communication between sub-domains, respectively. For unsteady computation of the incompressible Navier-Stokes equations, 4-step splitting method is combined with P1P1 finite element formulation. Smagorinsky and dynamic model are implemented for the simulation of turbulent flows. For the validation performance-estimation of the developed parallel code, three-dimensional Laplace equation has been solved. It has been found that the speed-up of 40 has been obtained from the present parallel code fir the bench mark problem. Lastly, the turbulent flows around the MIRA model and Tiburon model have been solved using 32 processors on IBM SMP cluster and unstructured mesh. The computed drag coefficient agrees better with the existing experiment as the mesh resolution of the region increases, where the variation of pressure is severe.
The three-dimensional ship motion with forward speed was solved by a finite element method in the time domain. A boundary value problem was described in the frame of a fixed-body reference, and the problem was formulated according to Double-Body and Neumann-Kelvin linearizations. Laplace's equation with boundary conditions was solved by a classical finite element method based on the weak formulation. Chebyshev filtering was used to get rid of an unwanted saw-tooth wave and a wave damping zone was adopted to impose a numerical radiation condition. The time marching of the free surface was performed by the 4th order Adams-Bashforth-Moulton method. Wigley I and Wigely III models were considered for numerical validation. The hydrodynamic coefficients and wave exciting forces were validated by a comparison with experimental data and the numerical results of the Wigley I. The effects of the linearization are also discussed. The motion RAO was also checked with a Wigley III model through mono-chromatic and multi-chromatic regular waves.
Hosseini, Seyed Amin;Abolbashari, Mohammad Hossein;Hosseini, Seyed Mahmoud
Structural Engineering and Mechanics
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v.60
no.3
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pp.529-545
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2016
In this article, the generalized coupled non-Fickian diffusion-thermoelasticity analysis is carried out using an analytical method. The transient behaviors of field variables, including mass concentration, temperature and displacement are studied in a strip, which is subjected to shock loading. The governing equations are derived using generalized coupled non-Fickian diffusion-thermoelasticity theory, which is based on Lord-Shulman theory of coupled thermoelasticity. The governing equations are transferred to the frequency domain using Laplace transform technique and then the field variables are obtained in analytical forms using the presented method. The field variables are eventually determined in time domain by employing the Talbot technique. The dynamic behaviors of mass concentration, temperature and displacement are studied in details. It is concluded that the presented analytical method has a high capability for simulating the wave propagation with finite speed in mass concentration field as well as for tracking thermoelastic waves. Furthermore, the obtained results are more realistic than that of others.
An analytical solution of the fully coupled system of equations governing the plane strain deformation of a poroelastic medium with anisotropic permeability and compressible fluid and solid constituents is obtained. This solution is used to study the consolidation of a poroelastic clay layer with free permeable surface resting on a rough-rigid permeable or impermeable base. The stresses and the pore pressure are taken as the basic state variables. Displacements are obtained by integrating the coupled constitutive relations. The case of normal surface loading is discussed in detail. The solution is obtained in the Laplace-Fourier domain. Two integrations are required to obtain the solution in the space-time domain which are evaluated numerically for normal strip loading. Consolidation of the clay layer and diffusion of pore pressure is studied for both the bases. It is found that the time settlement is accelerated by the permeability of the base. Initially, the pore pressure is not affected by the permeability of the base, but has a significant effect, as we move towards the bottom of the layer. Also, anisotropy in permeability and compressibilities of constituents of the poroelastic medium have a significant effect on the consolidation of the clay layer.
In this paper, the eigenstructure of a class of linear time varying systems, termed as linear quasi-time invariant(LQTI) systems, is investigated. A system composed of dynamic devices such as linear time varying capacitors and resistors can be an example of the class. To effectively describe and analyze the LQTI systems, a generalized differential operator G is introduced. Then the dynamic systems described by the operator G are studied in terms of eigenvalue, frequency characteristics, stability and an extended convolution. Some basic attributes of the operator G are compared with those of the differential operator D. Also the corresponding generalized Laplace transform pair is defined and relevant properties are derived for frequency domain analysis of the systems under consideration. As an application example, a LQTI circuit is examined by using the concept of eigenstructure of LQTI system. The LQTI filter processes the sinusoidal signals modulated by some functions.
Physical systems axe generally continuous-time in nature. However as the data measured from these systems is generally in the form of discrete samples, and most modern signal processing is performed in the discrete-time domain, discrete-time models are employed. This paper describes methods for estimating the coefficients of continuous-time system within a closed loop control system. The method employs a recursive estimation algorithm to identify the coefficients of a discrete-time bilinear-operator model. The coefficients of the discrete-time bilinear-operator model closely approximate those of the corresponding continuous-time Laplace transform transfer function.
The purpose of this paper is to depict the effect of rotation and initial stress on a magneto-thermoelastic medium with diffusion. The problem discussed within memory-dependent derivative in the context of the three-phase-lag model (3PHL), Green-Naghdi theory of type III (G-N III) and Lord and Shulman theory (L-S). Analytical expressions of the considered variables are obtained by using Laplace-Fourier transforms technique. Numerical results for the field quantities given in the physical domain and illustrated graphically in the absence and presence of a magnetic field, initial stress as well as the rotation. The differences in variable thermal conductivity are also presented at different parameter of thermal conductivity. The numerical results of the field variables are presented graphically to discuss the effect of various parameters of interest. Some special cases are also deduced from the present investigation.
A method of two and three dimensional orthogonal grid generation with control of spacing by using the covariant Laplace equation is Presented. An important feature of the methodology is its ability to control effectively the grid spacing especially near the boundaries still maintaining good orthogonality in whole field. The method is based on the concept of decomposition of the global transformation into consecutive transformation of an approximate conformal mapping and au auxiliary orthogonal mapping to have linear and uncoupled equations. Control of cell spacing is based on the concept of reference arc length, and orthogonal correction is performed in the auxiliary domain. It is concluded that the methodology can successfully generate well controlled orthogonal grids around bodies of 2 and 3 dimensional configurations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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