In this paper, we propose a new mixed finite element method, called the characteristics-mixed method, for approximating the solution to Burgers' equation. This method is based upon a space-time variational form of Burgers' equation. The hyperbolic part of the equation is approximated along the characteristics in time and the diffusion part is approximated by a mixed finite element method of lowest order. The scheme is locally conservative since fluid is transported along the approximate characteristics on the discrete level and the test function can be piecewise constant. Our analysis show the new method approximate the scalar unknown and the vector flux optimally and simultaneously. We also show this scheme has much smaller time-truncation errors than those of standard methods. Numerical example is presented to show that the new scheme is easily implemented, shocks and boundary layers are handled with almost no oscillations. One of the contributions of the paper is to show how the optimal error estimates in $L^2(\Omega)$ are obtained which are much more difficult than in the standard finite element methods. These results seem to be new in the literature of finite element methods.
In this paper, Dielectirc waveguides have been calculated using the vector finite element method. This method is introduced that allows propagation constants and electric field distribution to be computed directly. In order to obtain more accurate solutions, Second order vector elements are proposed.
In order to enhance torque density of five-phase permanent magnetic synchronous motor with third harmonic injection for electric vehicles (EVs) applications, optimum seeking method for injection ratio of third harmonic was proposed adopting theoretical derivation and finite element analysis method, under the constraint of same amplitude for current and air-gap flux. By five-dimension space vector decomposition, the mathematic model in two orthogonal space plane, $d_1-q_1$ and $d_3-q_3$, was deduced. And the corresponding dual-plane vector control method was accomplished to independently control fundamental and third harmonic currents in each vector plane. A five-phase PMSM prototype with quasi-trapezoidal flux pattern and its fivephase voltage source inverter were designed. Also, the dual-plane vector control was digitized in a single XC3S1200E FPGA. Simulation and experimental results prove that using the proposed optimum seeking method, the torque density of five-phase PMSM is enhanced by 20%, without any increase of power converter capacity, machine size and iron core saturation.
This paper describes an analysis of the three-dimensional eddy current problems by the finite element method using magnetic vector potential and electric scalar potential. The finite element formulation uses first-order shape functions and tetrahedral elements. The validity of this formalation is ensured as the result of the sphere conductor model problem in a sinusoidal magnetic field.
Naderi, Arash;Sohrabi, Mohammad Reza;Ghasemi, Mohammad Reza;Dizangian, Babak
Structural Engineering and Mechanics
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제75권5호
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pp.585-594
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2020
Detecting the damage of indeterminate trusses is of major importance in the literature. This paper proposes a quick approach in this regard, utilizing a precise mathematical approach based on Finite Element Method. Different to a general two-step method defined in the literature essentially based on optimization approach, this method consists of three steps including Damage-Suspected Element Identification step, Imminent Damaged Element Identification step, and finally, Damage Severity Detection step and does not need any optimizing algorithm. The first step focuses on the identification of damage-suspected elements using an index based on modal residual force vector. In the second step, imminent damage elements are identified among the damage-suspected elements detected in the previous step using a specific technique. Ultimately, in the third step, a novel relation is derived to calculate the damage severity of each imminent damaged element. To show the efficiency and quick function of the proposed method, three examples including a 25-bar planar truss, a 31-bar planar truss, and a 52-bar space truss are studied; results of which indicate that the method is innovatively capable of suitably detecting, for indeterminate trusses, not only damaged elements but also their individual damage severity by carrying out solely one analysis.
The vibration analysis of a rectangular plate with stiffeners is formulated by using the transfer stiffness coefficient method (TSCM). This method is based on the concept of the successive transmission of stiffness coefficients which are defined as the relationship between the force vector and the displacement vector at an arbitrary nodal line. In order to confirm the validity of the present method, bending vibration analysis for a rectangular plate with stiffener is carried out on a personal computer by using the present method and the finite element method (FEM). Through comparing computational results of the TSCM and the FEM, the effectivness of the TSCM from the viewpoint of computational cost, that is, computational time and storage is demonstrated.
It is important to model the mechanical structure precisely and reasonably in predicting the dynamic characteristics, controlling the vibration, and designing the structure dynamics. In the finite element modeling, the errors can be contained from the physical parameters, the approximation of the boundary conditions, and the element modeling. From the dynamic test, more precise dynamic characteristics can be obtained. Model updating using parameter modification is appropriate when the design parameter is used to analyze the input parameter like finite element method. Finite element analysis for cantilever and simply supported beams with uniform area and shape change are carried out as model updating examples. Mass and stiffness matrices are updated by comparing test and analytical modal frequencies. The result shows that the updated frequencies become closer to the test frequencies.
It is important to model the mechanical structure precisely and reasonably in predicting the dynamic characteristics, controlling the vibration, and designing the structural dynamics. In the finite element modeling, the errors can be contained from the physical parameters, the approximation of the boundary conditions, and the element modeling, From the dynamic test. more precise dynamic characteristics can be obtained. Model updating using parameter modification is appropriate when the design parameter is used to analyze the input parameter like finite element method. Finite element analysis for free-free-free-free(FFFF) and clamped-free-free-free(CFFF) plate with uniform area and shape change are carried out as model updating examples, Mass and stiffness matrices are updated by comparing test and analytical modal frequencies. The result shows that the updated frequencies become closer to the test frequencies.
교번 히스테리시스와 회전 히스테리시스를 동시에 고려할 수 있는 벡터 히스테리시스 모델을 이용하여, 회전 히스테리시스 특성을 갖는 전자계의 유한 요소 해석 알고리즘을 제안한다. 벡터 히스테리시스 모델은 자화의존 프라이자흐 모델에서 확장된 모델을 이용하였다. 회전 자계가 자성체에 가해진 경우, 각 요소에서의 자화값이 벡터 모델로 부터 구해지며, 이 값은 다시 유한요소 해석의 입력이 되어서 인가자계와 자화와의 지연각을 구할 수 있다. 실험 결과와의 비교를 통해, 제안된 방법이 회저자계의 영향을 받는 전자계 시스템의 자화 특성을 정확히 해석 할 수 있음을 확인하였다.
This paper presents a method to analyze the unbalance response of a high speed polygon mirror scanner motor supported by sintered bearing and flexible supporting structures by using the finite element method and the mode superposition method. The appropriate finite element equations for polygon mirror are described by rotating annular sector element using Kirchhoff plate theory and von Karman non-linear strain, and its rigid body motion is also considered. The rotating components except for the polygon mirror are modeled by Timoshenko beam element including the gyroscopic effect. The flexible supporting structures are modeled by using a 4-node tetrahedron element and 4-node shell element with rotational degrees of freedom. Finite element equations of each component of the polygon mirror scanner motor and the flexible supporting structures are consistently derived by satisfying the geometric compatibility in the internal boundary between each component. The rigid link constraints are also imposed at the interface area between sleeve and sintered bearing to describe the physical motion at this interface. A global matrix equation obtained by assembling the finite element equations of each substructure is transformed to a state-space matrix-vector equation, and both damped natural frequencies and modal damping ratios are calculated by solving the associated eigenvalue problem by using the restarted Arnoldi iteration method. Unbalance responses in time and frequency domain are performed by superposing the eigenvalues and eigenvectors from the free vibration analysis. The validity of the proposed method is verified by comparing the simulated unbalance response with the experimental results. This research also shows that the flexibility of supporting structures plays an important role in determining the unbalance response of the polygon mirror scanner motor.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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