A novel method for non-matching interfaces on the boundaries of the finite elements in partitioned domains is presented by introducing interface elements in this paper. The interface element method (IEM) satisfies the continuity conditions exactly through interfaces without recourse to the Lagrange multiplier technique. The moving least square (MLS) approximation in the present study is implemented to construct the shape functions of the interface elements. Alignment of the boundaries of sub-domains in the MLS approximation and integration domains provides a consistent numerical integration due to one form of rational functions in an integration domain. The compatibility of displacements on the boundaries of the finite elements and the interface elements is always preserved in this method, and the completeness of the shape functions of the interface elements guarantees the convergence of numerical solutions. The numerical examples show that the interface element method is a useful tool for the analysis of a partitioned system and for a global-local analysis.
Numerical methodology to solve ship springing problem, which is basically fluid-structure interaction problem, was explored in this study. Solution of this hydroelasticity problem was sought by coupling higher order B-spline Rankine panel method and finite element method in time domain, each of which is introduced for fluid and structure domain respectively. Even though varieties of different combinations in terms of numerical scheme are possible and have been tried by many researchers to solve the problem, no systematic study regarding the characteristics of each scheme has been done so far. Here, extensive case studies have been done on the numerical schemes especially focusing on the iteration method, FE analysis of beam-like structure, handling of forward speed problem and so on. Two different iteration scheme, Newton style one and fixed point iteration, were tried in this study and results were compared between the two. For the solution of the FE-based equation of motion, direct integration and modal superposition method were compared with each other from the viewpoint of its efficiency and accuracy. Finally, calculation of second derivative of basis potential, which is difficult to obtain with accuracy within grid-based method like BEM was discussed.
A systematic procedure for designing a direct-radiator-type loudspeaker has been developed, based on the numerical vibro-acoustic analysis and the Taguchi method. The finite-element model of the speaker cone has been used to calculated the vibration response of the cone excited by the voice coil. The vibration displacement of the speaker cone has been converted into the vibration velocity and used as a boundary condition for the acoustic analysis. The acoustic frequency characteristics of the loudspeaker have been calculated by the boundary element method. The numerical results have been verified by the experiments carried out in an anechoic chamber. Some design parameters have been selected by using the Taguchi method, and the variations of the acoustic characteristics due to the changes of the parameter values have been examined using the numerical model.
A jointed rock slope stability evaluation was simulated by a discontinuous deformation analysis numerical method to investigate the process and safety factors for different crack distributions and different overloading situations. An optimized method using Discontinuous Deformation Analysis for Rock Failure (DDARF) is presented to perform numerical investigations on the jointed rock slope stability evaluation of the Dagangshan hydropower station. During the pre-processing of establishing the numerical model, an integrated software system including AutoCAD, Screen Capture, and Excel is adopted to facilitate the implementation of the numerical model with random joint network. These optimizations during the pre-processing stage of DDARF can remarkably improve the simulation efficiency, making it possible for complex model calculation. In the numerical investigations on the jointed rock slope stability evaluations using the optimized DDARF, three calculation schemes have been taken into account in the numerical model: (I) no joint; (II) two sets of regular parallel joints; and (III) multiple sets of random joints. This model is capable of replicating the entire processes including crack initiation, propagation, formation of shear zones, and local failures, and thus is able to provide constructive suggestions to supporting schemes for the slope. Meanwhile, the overloading numerical simulations under the same three schemes have also been performed. Overloading safety factors of the three schemes are 5.68, 2.42 and 1.39, respectively, which are obtained by analyzing the displacement evolutions of key monitoring points during overloading.
The acoustic power is a major acoustical characteristic of an underwater vehicle and could be measured in a reverberant water tank. In order to obtain accurate measurement results, the acoustic field formed by the sound source should be investigated quantitatively in the reverberant water tank. In this research, the acoustic field of a reverberant water tank containing an underwater sound source has been analyzed by using an acoustic radiosity method one of the numerical analysis methods suitable for the acoustic analysis of the highly diffused space. The source level of the underwater sound source and acoustical properties of the water tank input to the numerical analysis have been estimated by applying the reverberant tank plot method through a preliminary experiment result. The comparison of the numerical analysis result with that of the experiment has verified the accuracy of the acoustic radiosity method.
In the Lagrangian vortex particle method based on the vorticity-velocity formulation for solving the incompressible Navier-Stokes equations, a numerical scheme for calculating pressure fields is presented. Implementation of the numerical method is directly connected with the well-established surface panel methods, just by dealing with the dynamic coupling among vorticity field. Assuming the vorticity and the velocity fields are to be calculated in time domain analysis, the pressure calculation for a complete set of solution at present time step is performed in a similar way to the one used in the Eulerian description. For a validation of the present method, we illustrate the early development of the viscous flow about an impulsive started circular cylinder for Reynolds number 550. The comparative study with the Eulerian finite Volume method provides an extensive understanding and application of the mesh-free Lagrangian vortex methods for numerical simulation of viscous flows around arbitrary bodies of general shape.
A numerical simulation was made to determine the motion of particles in the fluid. The simulation is based on the Eulerian-Lagrangian method. The fluid motion was solved using a PISO-based finite-element method and a $\kappa-\epsilon$ model of turbulence. In the Lagrangian method for the solid phase, the trajectories of particles are calculated by integrating the equations of motion of a single Particle, and the collision between particles are taken into account. The influence of particles on the fluid phase is taken into account by introducing source terms in the Eulerian equations govering the fluid flow. It is known as the particle-source-in-cell (PSIC) method. Also, the turbulent effect in the particles and fluid notion is considered. The numerical results were compared with the experiment for a two-phase flow in a vertical pipe.
본 논문은 Top-down 방식과 Bottom-up 방식으로 시공된 프리캐스트 판넬식 옹벽의 안전율 변화를 PLAXIS 2D 소프트웨어를 사용하여 수치해석하였다. 수치해석 조건은 시공방식, 네일 및 판넬의 고정방법, 뒤채움재 다짐상태, 강우조건 등이 있다. Top-down 방식과 Bottom-up 방식의 차이점은 뒤채움재의 유무와 지반굴착의 방식으로, Top-down 방식은 지반을 수직으로 굴착한 뒤 시공하나 Bottom-up 방식은 지반을 경사를 주어 굴착한 뒤 모르타르 및 뒤채움재를 이용하여 판넬을 부착한다. 수치해석 결과 Top-down 방식은 Bottom-up 방식과 비교하였을 때, 우기를 제외한 모든 경우에 더 높은 안전률을 확보하였다. Top-down 방식의 우기 시 안전율 저하는 Top-down 방식으로 시공 시 프리캐스트 판넬을 부착하기 위해 사용한 모르타르가 주된 원인이 된 것으로 판단하였다.
In this work, a new penalty formulation is proposed for the analysis of Mindlin-Reissner plates by using the element-free Galerkin method. A penalized weak form for the Mindlin-Reissner Plates is constructed through the exterior penalty method to enforce the essential boundary conditions of rotations as well as transverse displacements. In the numerical examples, some typical problems of Mindlin-Reissner plates are analyzed, and parametric studies on the order of integration and the size of influence domain are also carried out. The effect of the types of background cells on the accuracy of numerical solutions is observed and a proper type of background cell for obtaining optimal accuracy is suggested. Further, optimal order of integration and basis order of Moving Least Squares approximation are suggested to efficiently handle the irregularly distributed nodes through the triangular type of background cells. From the numerical tests, it is identified that unlike the finite element method, the proposed element-free Galerkin method with penalty technique gives highly accurate solution without shear locking in dealing with Mindlin-Reissner plates.
This paper deals with geometric nonlinear analyses using a new meshfree technique which improves the numerical integration accuracy. The new method called the Petrov-Galerkin natural element method (PGNEM) is based on the Voronoi diagram and the Delaunay triangulation which is based on the same concept used for conventional natural element method called the Bubnov-Galerkin natural element method (BGNEM). But, unlike BGNEM, the test shape function is differently chosen from the trial shape function. In the linear static analysis, it is ensured that the numerical integration error of the PGNEM is remarkably reduced. In this paper, the PGNEM is applied to large deformation problems, and the accuracy of the proposed numerical technique is verified through the several examples.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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