A crack model for the fracture in concrete based on meshless method is proposed in this paper. The cracks in concrete are classified into micro-cracks or macro-cracks respectively according to their widths, and different numerical approaches are adopted for them. The micro-cracks are represented with smeared crack approach whilst the macro-cracks are represented with discrete cracks that are made up with additional nodes and boundaries. The widely used meshless method, Element-free Galerkin method, is adopted instead of finite element method to model the concrete, so that the discrete crack approach is easier to be implemented with the convenience of arranging node distribution in the meshless method. Rotating-Crack-Model is proved to be preferred over Fixed-Crack-Model for the smeared cracks of this composite crack model due to its better performance on mesh bias. Numerical examples show that this composite crack model can take advantage of the positive characteristics in the smeared and discrete approaches, and overcome some of their disadvantages.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.8
no.3
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pp.21-26
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2009
The finite element analysis of metal forming processes often fails because of severe mesh distortion at large deformation. As the concept of meshless methods, only nodal point data are used for modeling and solving. As the main feature of these methods, the domain of the problem is represented by a set of nodes, and a finite element mesh is unnecessary. This computational methods reduces time-consuming model generation and refinement effort. It provides a higher rate of convergence than the conventional finite element methods. The displacement shape functions are constructed by the reproducing kernel approximation that satisfies consistency conditions. In this research, A meshless method approach based on the reproducing kernel particle method (RKPM) is applied with metal forming analysis. Numerical examples are analyzed to verify the performance of meshless method for metal forming analysis.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.25
no.10
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pp.653-659
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2015
A new formulation of the non-dimensional dynamic influence function method, which is a type of the meshless method, is introduced to extract highly accurate eigenvalues of clamped plates with arbitrary shape. Originally, the final system matrix equation of the method, which was introduced by the author in 1999, does not have a form of algebraic eigenvalue problem unlike FEM. As the result, the non-dimensional dynamic influence function method requires an inefficient process to extract eigenvalues. To overcome this weak point, a new approach for clamped plates is proposed in the paper and the validity and accuracy is shown in verification examples.
Kim, Hyun-Chul;Guo, Xianghua;Kim, Won-Seok;Fang, Daining;Lee, Jung-Ju
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.15
no.2
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pp.101-108
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2007
This paper presents an efficient meshless method for analyzing cracked piezoelectric structures subjected to mechanical and electrical loading. The method employs an element free Galerkin (EFG) formulation and an enriched basic function as well as special shape functions that contain discontinuous derivatives. Based on the moving least squares (MLS) interpolation approach, The EFG method is one of the promising methods for dealing with problems involving progressive crack growth. Since the method is meshless and no element connectivity data are needed, the burdensome remeshing procedure required in the conventional finite element method (FEM) is avoided. The numerical results show that the proposed method yields an accurate near-tip stress field in an infinite piezoelectric plate containing an interior hole. Another example is to study a ceramic multilayer actuator. The proposed model was found to be accurate in the simulation of stress and electric field concentrations due to the abrupt end of an internal electrode.
This paper presents a topology optimization approach using element-free Galerkin method (EFGM) for the optimal design of compliant mechanisms with geometrically non-linearity. Meshless method has an advantage over the finite element method(FEM) because it is more capable of handling large deformation resulted from geometrical nonlinearity. Therefore, in this paper, EFGM is employed to discretize the governing equations and the bulk density field. The sensitivity analysis of the optimization problem is performed by incorporating the adjoint approach with the meshless method. The Lagrange multipliers method adjusted for imposition of both the concentrated and continuous essential boundary conditions in the EFGM is proposed in details. The optimization mathematical formulation is developed to convert the multi-criteria problem to an equivalent single-objective problem. The popularly applied interpolation scheme, solid isotropic material with penalization (SIMP), is used to indicate the dependence of material property upon on pseudo densities discretized to the integration points. A well studied numerical example has been applied to demonstrate the proposed approach works very well and the non-linear EFGM can obtain the better topologies than the linear EFGM to design large-displacement compliant mechanisms.
Isa Ahmadi;Mohammad Naeim Moradi;Mahdi Davar Panah
Structural Engineering and Mechanics
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v.89
no.2
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pp.135-153
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2024
In this study, the impact response of a nanobeam with a moving nanoparticle is investigated. Timoshenko beam theory is used to model the nanobeam behavior and nonlocal elasticity theory is used to consider the effects of small dimensions. The interaction between the nanoparticle and nanobeam has been described using Lennard-Jones potential theory and the equations are discretized by the radial basis meshless method and a mathematical model is presented for the nanobeam-nanoparticle system. Validation of the proposed model is achieved by comparing the obtained natural frequencies with reference values, demonstrating good agreement. Dimensionless frequency analysis reveals a decrease with increasing nonlocal parameter, pointing out a toughening effect in nanobeam. The dynamic response of the nanobeam and nanoparticle is obtained by time integration of equations of motion using Newmark and Wilson-𝜃 methods. A comparative analysis of the two methods is conducted to determine the most suitable approach for this study. As a distinctive aspect in this study, the analysis incorporates the deformation of the nanobeam resulting from the nanoparticle-nanobeam interaction when calculating the Lennard-Jones force in the nanobeam-nanoparticle system. The numerical findings explore the impact of various factors, including the nonlocal parameter, initial velocity, nanoparticle mass, and boundary conditions.
In this study, the failure behavior of composite material in the biaxial and off-axis loading is studied based on a computational micromechanical model. The model is developed so that the combination of mechanical and thermal loading conditions can be considered in the analysis. The modified generalized plane strain assumption of the theory of elasticity is used for formulation of the micromechanical modeling of the problem. A truly meshless method is employed to solve the governing equation and predict the distribution of micro-stresses in the selected RVE of composite. The fiber matrix interface is assumed to be perfect until the interface failure occurs. The biaxial and off-axis loading of the SiC/Ti and Kevlar/Epoxy composite is studied. The failure envelopes of SiC/Ti and Kevlar/Epoxy composite in off-axis loading, biaxial transverse-transverse and axial-transverse loading are predicted based on the micromechanical approach. Various failure criteria are considered for fiber, matrix and fiber-matrix interface. Comparison of results with the available results in the litreture shows excellent agreement with experimental studies.
In this paper, we propose a class of meshless collocation approaches for the solution of time dependent partial differential algebraic equations (PDAEs) in terms of a radial basis function interpolation numerical scheme. Kansa's method and the Hermite collocation method (HCM) for PDAEs are given. A sensitivity analysis of the solutions from different shape parameter c is obtained by numerical experiments. With use of the random collocation points, we have obtain the more accurate solution by the methods than those by the finite difference method for the PDAEs with index-2, i.e, we avoid the influence from an index jump of PDAEs in some degree. Several numerical experiments show that the methods are efficient.
3D posture recognition is a solution to overcome the limitation of 2D posture recognition. There are many researches carried out for 3D posture recognition using 3D data. The 3D data consist of massive surface points which are rich of information. However, it is difficult to extract the important features for posture recognition purpose. Meanwhile, it also consumes lots of processing time. In this paper, we introduced a dimension reduction method that transform 3D surface points of an object to 2D data representation in order to overcome the issues of feature extraction and time complexity of 3D posture recognition. For a better feature extraction and matching process, a cylindrical boundary is introduced in meshless parameterization, its offer a fast processing speed of dimension reduction process and the output result is applicable for recognition purpose. The proposed approach is applied to hand and human posture recognition in order to verify the efficiency of the feature extraction.
Zouhair Saffah;Mohammed Amdi;Abdelaziz Timesli;Badr Abou El Majd;Hassane Lahmam
Structural Engineering and Mechanics
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v.88
no.3
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pp.239-249
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2023
The Radial Point Interpolation Method (RPIM) has been proposed to overcome the difficulties associated with the use of the Radial Basis Functions (RBFs). The RPIM has the following properties: Simple implementation in terms of boundary conditions as in the Finite Element Method (FEM). A less expensive CPU time compared to other collocation meshless methods such as the Moving Least Square (MLS) collocation method. In this work, we propose an adaptive high-order numerical algorithm based on RPIM to simulate the thermoviscoplastic behavior of a material mixing observed in the Friction Stir Welding (FSW) process. The proposed adaptive meshfree RPIM algorithm adapts well to the geometric and physical data by choosing a good shape parameter with a good precision. Our numerical approach combines the RPIM and the Asymptotic Numerical Method (ANM). A numerical procedure is also proposed in this work to automatically determine an improved shape parameter for the RBFs. The efficiency of the proposed algorithm is analyzed in comparison with an iterative algorithm.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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