A mixed eight-node hexahedral element formulated via the Hu-Washizu principle as well as the field extrapolation technique is presented. The mixed element with only three translational degrees of freedom at each node can provide extremely accurate and reliable performance for popular benchmark problems such as spacial beams, plates, shells as well as general three-dimensional elasticity problems. Numerical calculations also show that when extremely skewed and coarse meshes and nearly incompressible materials are used, the proposed mixed element can still possess excellent behaviour. The mixed formulation starts with introduction of a parallelepiped domain associated with the given general eight-node hexahedral element. Then, the assumed strain field at the nodal level is constructed via the Hu-Washizu variational principle for that associated parallelepiped domain. Finally, the assumed strain field at the nodal level of the given hexahedral element is established by using the field extrapolation technique, and then by using the trilinear shape functions the assumed strain field of the whole element domain is obtained. All matrices involved in establishing the element stiffness matrix can be evaluated analytically and expressed explicitly; however, a 24 by 24 matrix has to be inverted to construct the displacement extrapolation matrix. The proposed hexahedral element satisfies the patch test as long as the element with a shape of parallelepiped.
Kerboua, Y.;Lakis, A.A.;Thomas, M.;Marcouiller, L.
Structural Engineering and Mechanics
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v.29
no.1
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pp.91-111
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2008
This paper outlines the development of a computational model in order to analyze the dynamic behaviour of coupled fluid-structure systems such as a) liquid containers, b) a set of parallel or radial plates. In this work a hybrid fluid-solid element is developed, capable of simulating both membrane and bending effects of the plate. The structural mass and stiffness matrices are determined using exact integration of governing equations which are derived using a combination of classical plate theory and a finite element approach. The Bernoulli equation and velocity potential function are used to describe the liquid pressure applied on the solid-fluid element. An impermeability condition assures a permanent contact at the fluid-structure interface. Applications of this model are presented for both parallel and radial plates as well as fluid-filled rectangular reservoir. The effect of physical parameters on the dynamic behaviour of a coupled fluid-structure system is investigated. The results obtained using the presented approach for dynamic characteristics such as natural frequency are in agreement to those calculated using other theories and experiments.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.60
no.1
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pp.10-19
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2023
Blast Hardened Bulkhead (BHB) is an important measure that can increase the ship's survivability as well as protect the lives of the crew by mitigating the damage extent caused by an internal explosion in the ship. In particular, both the pressure and the shock impulse should be considered when designing the BHB against reflected shock waves having a high pressure with a short duration. This study proposes a design method for BHB that considers both the pressure and the shock impulse generated during the internal explosion. In addition, analysis and design concepts for accident loads such as explosion, fire, and collision of NORSOK and DNVGL, one of the international design guidelines for the curtain plate type blast hardened bulkhead type applied by the Korean Navy, are utilized. If this method is applied, it is expected that it can be used as a design concept for the pressure as well as the shock impulse of the explosion load of the curtain plate.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.29
no.4
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pp.193-201
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1992
A new equivalent curved beam theory is developed for the analysis of the corner part of ship structures, in which effects of distributed loads and asymmetricity with two or three connected parts are considered. Equivalent loads are obtained from equilibrium conditions between the distributed loads and the member forces and moments at the ends of curved beam. And an equivalent curved beam for the asymmetric structure is obtained by superposing the equivalent symmetric parts which have equivalent stiffness. From the sample calculation, it is found that the results of the new equivalent curved beam theory are well agreed with those of finite element method using membrane elements with little computing time and sufficient accuracy.
Anisotropy of stiffness, from extremely small strains to post-failure strains, of isotropically consolidated air-pluviated sands in plane strain compression was studied by using the newly developed instrumentation fur small strain measurements, Seven types of sand of world-wide origins were tested, which have been extensively used for research purposes. Stress-strain relationships for a wide range of strain from about 0.0001% to the peak were obtained by measuring axial and lateral strains locally free from the effects of bedding and membrane penetration errors at the specimen boundaries. The result showed that the relationship between the principal stress ratio and the principal strain increment ratio was constant, being rarely affected by the over-consolidation ratio and the confining pressure. Although in the small strain the anisotropy hardly affected the relationship between the principal stress ratio and the principal strain increment ratio, the K value around the peak varied according to the $\delta$ value. In general, Rowe\`s stress-dilatancy equation works fairly well from the small strain to the peak.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.7
no.5
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pp.47-60
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2007
In this paper, we investigate the natural frequencies and buckling loads of functionally graded material (FGM) plates and shells, using a quasi-conforming shell element that accounts for the transverse shear strains and rotary inertia. The eigenvalue of the FGM plates and shells are calculated by varying the volume fraction of the ceramic and metallic constituents using a sigmoid function, but their Poisson's ratios of the FGM plates and shells are assumed to be constant. The expressions of the membrane, bending and shear stiffness of FGM shell element are more complicated combination of material properties than a homogeneous element. In order to validate the finite element numerical solutions, the Navier's solutions of rectangular plates based on the first-order shear deformation theory are presented. The present numerical solutions of composite and sigmoid FGM (S-FGM) plates are proved by the Navier's solutionsand various examples of composite and FGM structures are presented. The present results are in good agreement with the Navier's theoretical solutions.
Anisotropy of stiffiness, from extremely small strains to post-failure strains, of isotropically consolidated air-pulviated sands in plane strain compression was studied by using the newly developed instrumentation for small strain measurements. Seven types of sand of the world-wide origins were tested, which have been extensively used for research purposes. Stress-strain relationships for a wide range of strain from about 0.0001% to 10% were obtained with measuring axial and lateral strains locally free from the effects of bedding and membrane penetration errors at the specimen boundaries. It was found that the maximum shear modulus Gmax was irrespective of the angle $\delta$of the $\sigma$1 direction relative to the bedding plane. However, the normalized Gmax was varied with the types of sand. Furthermore, the dependency of the strain and stress level on the stiffness increased as decreased.
Kim, Il-Kyu;Choi, Jin-Ho;Oh, Seong-Sub;Oh, Nam-Sik;Kim, Hyung-Don;Lee, Seong-Ho;Yang, Dong-Hwan
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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v.26
no.1
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pp.109-113
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2000
Synovial chondromatosis is an uncommon disease of cartilage transformation of synovial membrane with formation of loose bodies within the joint space. The knee and elbow are the most commonly involved sites and involvement of temporomandibular joint is very rare. Symtoms include swelling, pain, stiffness of the jaw, and inability to close the jaw. A case involving the temporomandibular joint(TMJ) is presented. A 28-year-old women had experienced pain of the left TMJ area and limitation of mouth opening. Radiographs of the left TMJ revealed calcified mass surrounding over the mandibular condyle and under the glenoid fossa. Treatment consisted of removal of calcified mass, reshaping of affected condyle and reconstruction with a auricular cartilage. After surgery, the patient's range of motion improved although deviation to the affected side. Until present after surgery there have been no recurrence of symtoms. We think that findings of this patitent agree with those of synovial synchondrmatosis in many aspects.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.16
no.4
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pp.37-52
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2012
In this study, a new 4-node general shell element with 6 DOFs per node is presented. Drilling rotational degrees of freedom are introduced by the variational principle with an independent rotation field. In formulation of the element, substitute transverse shear strain fields are used to avoid shear locking, while four nonconforming modes are applied in the in-plane displacement fields as a remedy for membrane locking. In addition, a direct modification method for nonconforming modes is employed in the numerical implementation of nonconforming modes to represent constant strain states. A 9-points integration rule is adopted for volume integration in the computation of the element stiffness matrix. With the combined use of these techniques, the developed shell element has no spurious zero energy modes, and can represent a constant strain state. Several numerical tests are carried out to evaluate the performance of the new element developed. The test results show that the behavior of the elements is satisfactory.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.56
no.4
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pp.335-342
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2019
The objective of this study is to analyze the mechanical properties of plywood used as a thermal insulating material for LNG CCS (Liquefied Natural Gas, Cargo Containment System). It is created by bonding an odd number of parallel and perpendicular direction for preventing contraction and expansion of wood. Also plywood is widely used as LNG CCS insulating material because of its durability, light weight and high stiffness. Since LNG CCS is loaded with liquid cargo, the impact load by sloshing during operation and the wide temperature range (room temperature, low temperature, cryogenic temperature) exposed during loading, unloading should be considered. The thickness of the plywood which is used for the membrane type MARKIII was selected as the thickness of the test specimen. In this present study, plywood is analyzed by the fracture behavior and mechanical properties of plywood by temperature and grain direction. In addition, it is necessary to analyze the fracture shape and predict the fracture strain by using regression model because the critical load may cause cracks inside the tank, which may affect the leakage of cryogenic liquid.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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