Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.11
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pp.1697-1704
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2001
A finite element model for polarization switching in electro-mechanically coupled materials is proposed and applied to predict the switching behavior of a two-dimensional ferroelectric ceramic. A complicated micro-structure existing in the material is modeled as il continuum body and a simple 3 node triangle finite element with nodal displacement and voltage degrees of freedom is used for a finite element analysis. The elements use nonlinear constitutive equations, switching criterion and kinetic relation, fur representation of material response at strong electric and stress fields. The polarization state of the material is represented by internal variables in each element, which are updated at each simulation step based on the proposed constitutive equations. The model reproduces strain and electric displacement hysteresis loops observed in the material.
Moreno-Navarro, Pablo;Ibrahimbegovic, Adnan;Perez-Aparicio, Jose L.
Coupled systems mechanics
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v.7
no.1
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pp.5-25
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2018
A fully-coupled thermodynamic-based transient finite element formulation is proposed in this article for electric, magnetic, thermal and mechanic fields interactions limited to the linear case. The governing equations are obtained from conservation principles for both electric and magnetic flux, momentum and energy. A full-interaction among different fields is defined through Helmholtz free-energy potential, which provides that the constitutive equations for corresponding dual variables can be derived consistently. Although the behavior of the material is linear, the coupled interactions with the other fields are not considered limited to the linear case. The implementation is carried out in a research version of the research computer code FEAP by using 8-node isoparametric 3D solid elements. A range of numerical examples are run with the proposed element, from the relatively simple cases of piezoelectric, piezomagnetic, thermoelastic to more complicated combined coupled cases such as piezo-pyro-electric, or piezo-electro-magnetic. In this paper, some of those interactions are illustrated and discussed for a simple geometry.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2000.06a
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pp.1627-1632
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2000
Recently, piezoelectric materials have attracted considerable attention because of its self-sensing and actuating properties. To model smart structures, numerical modeling of structures with piezoelectric devices is essential. As many factors affect the performance of smart structures, optimization of these parameters is necessary. In this paper, the shape design sensitivity analysis of the 3D piezoelectric and structural elements is developed and shape optimization is performed. For the evaluation of the sensitivity, the finite element method is used. For the shape sensitivity, the domain velocity field is calculated. An acoustic cavity model is presented as a numerical example to study the feasibility of the formulation. The continuum sensitivity is compared with the results of the finite difference method by ANSYS. And the sequential linear programming (SLP) algorithm is used as the optimization algorithm.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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1998.03a
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pp.28-31
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1998
Wrinkling is one of the major defects in sheet metal products and may be also attributable to the wear of the tool. The initiation and growth of the wrinkles are influenced by many factors such as stress state, mechanical properites of the sheet material, geometry of the body, and contact condition. It is difficult to analyze the wrinkling initiation and growth considering the factors because the effects of the factors are very complex and the wrinkling behavior may show wide variation for small deviation of the factors. In this study, the bifurcation theory is introduced for the finite element analysis of wrinkling initiation and growth, All the above mentioned factors are conveniently considered by finite element method. The finite element formulation is based on the incremental deformation theory and elastic-plastic material modeling. The finite element analysis is carried out using the continuum-based resultant shell elements considering the planar anisotropy of the sheet metal. The proposed method is verified by employing to column buckling problem. And then, the initiation and growth of wrinkling in deep drawing of cylindrical cup are analyzed.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.8
no.2
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pp.25-32
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1988
A formulation of an isoparametric quadrilateral higher-order plate bending finite element is presented. The 8-noded 28-d.o.f. plate element has been degenerated from the three-dimensional continuum by introducing the plate assumptions and considering higher-order in-plane displacement profile. The element characteristics have been derived by the Galerkin's weighted residual method and computed by using the selective reduced integration technique to avoid shear-locking phenomenon. Several numerical examples are given to demonstrate the accuracy and versatility of the proposed quadrilateral higher-order plate bending element over the other existing plate finite elements in both static and dynamic analyses.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.8
no.3
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pp.151-162
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2000
This study is concerned with computerized multi-level substructuring methods and stress analysis of coil springs. The purpose of substructuring methods is to reduce computing time and capacity of computer memory by multiple level reduction of the degrees of freedom in large size problems that are modeled by three dimensional continuum finite elements. In this paper, the spring super element developed is investigated with tension, torsion, and bending of a cylindrical bar in order to verify its accuracy and efficiency for the multi-level substructuring method. And then the algorithm is applied to finite element analysis of coil springs. The result demonstrates the validity of the multi-level substructuring method and the efficiency in computing time and memory by providing good computational results in coil spring analysis.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2001.10a
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pp.45-52
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2001
A series of unreinforced masonry (URM) walls were analytically investigated for a limited version of seismic in-plane performance. For this URM walls were assumed to be an elastic continuum and modeled as isotropic plane stress elements within which the nature of cracking was propagated. Accordingly, cracking mode of behavior in URM was modeled by smeared-crack approach. Total of 70 cases were considered for various parameters such as axial load ratio, aspect ratio and effective section area ratio due to the existence of opening, etc. The analysis results indicated a general tendency in base shear coefficient and deformability of URM walls for these variables.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2002.04a
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pp.335-342
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2002
A continuum-based design sensitivity analysis (DSA) method fur non-shape problems is developed for geometrically nonlinear elastic structures. The non-shape problem is characterized by the design variables that are not associated with the domain of system like sizing, material property, loading, and so on. Total Lagrangian formulation with the Green-Lagrange strain and the second Piola-Kirchhoff stress is employed to describe the geometrically nonlinear structures. The spatial domain is discretized using the 4-node isoparametric plane stress/strain elements. The resulting nonlinear system is solved using the Newton-Raphson iterative method. To take advantage of the derived analytical sensitivity In topology optimization, a fast and efficient design sensitivity analysis method, adjoint variable method, is employed and the material property of each element is selected as non-shape design variable. Combining the design sensitivity analysis method and a gradient-based design optimization algorithm, an automated design optimization method is developed. The comparison of the analytical sensitivity with the finite difference results shows excellent agreement. Also application to the topology design optimization problem suggests a very good insight for the layout design.
Viscoelastic materials store as well as dissipate energy to the thermal domain under deformation. Two efficient modelling techniques reported in literature use coupled (thermo-mechanical) ATF (Augmenting Thermodynamic Fields) displacements and ADF (Anelastic Displacement Fields) displacements, to represent the constitutive relationship in time domain by using certain viscoelastic parameters. Viscoelastic parameters are first extracted from the storage modulus and loss factor normally reported in hand books with the help of Genetic Algorithm and then constitutive relationships are used to obtain the equations of motion of the continuum after discretizing it with finite beam elements. The equations of motion are solved to get the frequency response function and modal damping ratio. The process may be applied to study the dynamic behaviour of composite beams and rotors comprising of several viscoelastic layers. Dynamic behaviour of a composite beam, formed by concentric layers of steel and aluminium is studied as an example.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.8
no.2
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pp.138-150
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2000
This study is concerned with computerized multi-level substructuring methods and stress analysis of coil springs. The purpose of substructuring methods is to reduce computing time and capacity of computer memory by multiple level reduction of the degrees of freedom in large size problems which are modeled by three dimensional continuum finite elements. In this paper, a super element has been developed for stress analysis of coil springs. The spring super element developed has been examined with tension and torsion simulation of cylindrical bars for demonstrating its validity. The result shows that the super element enhances the computing efficiency while it does not affect the accuracy of the results and it is ready for application to the coil spring analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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