Moreno-Navarro, Pablo;Perez-Aparicio, Jose L.;Gomez-Hernandez, J.J.
Coupled systems mechanics
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v.11
no.2
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pp.151-166
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2022
Peltier cells have low efficiency, but they are becoming attractive alternatives for affordable and environmentally clean cooling. In this line, the current article develops closed-form and semianalytical solutions to improve the temperature distribution of Bi2Te3 thermoelements. From the distribution, the main objective of the current work-the optimal electric intensity to maximize cooling-is inferred. The general one-dimensional differential coupled equation is integrated for linear and quadratic geometry of thermoelements, under temperature constant properties. For a general shape, a piece-wise solution based on heat flux continuity among virtual layers gives accurate analytical solutions. For variable properties, another piece-wise solution is developed but solved iteratively. Taking advantage of the formulae, the optimal intensity is directly derived with a minimal computational cost; its value will be of utility for more advanced designs. Finally, a parametric study including straight, two linear, barrel, hourglass and vase geometries is presented, drawing conclusions on how the shape of the thermoelement affects the coupled phenomena. A specially developed coupled and non-linear finite element research code is run taking into account all the materials of the cell and using symmetries and repetitions. These accurate results are used to validate the analytical ones.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.7
no.1
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pp.65-73
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1987
An efficient plate bending finite element has been developed using higher-order inplane displacement profiles of the plate. The 6-noded, 21-d.o.f. triangular element including shear deformation effect has been derived from the plate-like continuum by the Galerkin's weighted residual method. Square plate examples were tested with selected element meshes and several aspect ratios for their static behavior under uniformly distributed load. The result of the example tests indicated consistently good performance of the present higher-order plate bending element in comparison with the thin and thick plate solution and other existing finite element solutions.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.8
no.2
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pp.155-166
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1988
An "equivalent homogeneous, orthotropic" model that includes edge effects and an accompanying finite element analysis is presented for elastomeric bearings. The model is developed for two-dimensional configurations with horizontal layers, and for linear, elastic, small deformation conditions. The equivalent homogeneous theory, in addition to capturing the overall response characteristics of the layered elastomeric bearing system, approximately models the important edge effects, which occur at and near boundaries that cut the layers, and the stress concentrations at layer interfaces. The primary dependent variables for the theory have been selected such that the highest derivatives appearing in the strain energy function are first-order, thus requiring only $C_0$ continuity of the finite element approximations. As a result, the finite element analysis is simple and computationally efficient. Numerical examples are presented to verify the theory and to illustrate potential applications of the analysis.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.31
no.1
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pp.9-16
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2018
When designing a reinforced concrete member using nonlinear finite element analysis results, the bending moment at the critical section should be calculated. In this paper, a bending moment calculation method using the results of reinforced concrete finite element analysis(FEA) using continuum elements is presented and the optimum element size according to the order of the displacement function of the finite element is proposed. The bending moments calculated by integrating the stresses from the FEA are compared with the bending moments calculated using the static equilibrium conditions. In the method of integrating the stress, both the stress due to the reinforcing bar and the stress of the concrete are considered. In addition, various factors affecting the accuracy of the stresses calculated by the FEA were analyzed and the influence of the displacement function and the element size was verified. If the purpose of the analysis is to roughly observe the behavior of the members, it is appropriate to use the first order displacement function and the element size should be about 25% of the section height of the analytical model. When the bending moment of a member with high accuracy is required, it is suggested that the secondary displacement function be used and the element size be 12.5%.
As wind turbines become larger and lighter, they are likely to respond sensitively by dynamic loads applied on them. Since the responses at resonances are particularly interested, it is required to be able to predict natural frequencies of wind turbines reliably at early design stage. To achieve this, the foundation-soil analysis is needed to be carried out and a finite element approach is adopted in general. However, the finite element approach would not be appropriate in early design stage because it demands heavy efforts in pile-soil modelling and computing facilities. On the contrary, theoretical approaches adopting linear approximations for soils are relatively simple and easy to handle. Therefore, they would be a useful tool in predicting a pile-soil interaction, particularly in early design stage. In this study an analysis for a pile inserted in soil is performed. The pile and soil are modelled as a beam and continuum medium, respectively, within an elastic range. In this analysis, influence factors at the pile head for lateral loads are predicted by means of this continuum approach for various length-diameter ratios of the pile. The influence factors predicted are validated with those reported in literature, proposed from a finite element analysis.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2002.05a
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pp.449-454
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2002
For finite analysis of concrete columns strengthened with glass fiber sheets, an effective concrete model which considers the confining effects by lateral reinforcement and glass fiber sheets is necessary. In this paper, the so-called elasto-plasticity and continuum fracture model (EPF model) is modified to consider high confining effects of strengthened reinforced concrete columns by introducing a simple correction factor ($\alpha$) which relates maximum lateral confining stress of the column to the evolution of deviatoric plasticity. Then, a finite element analysis is carried out for the strengthened reinforced concrete columns using the modified EPF model and equally spaced truss elements. It is shown that the, analysis predicts well the failure behavior of reinforced concrete columns strengthened with glass fiber sheets.
In general, the sheet metal and die are described by finite elements for the simulation of the metal forming processes. Because the characteristics as continuum of the sheet metal are represented with triangles and rectangles, the errors occur inevitably in finite element analysis. Many contact schemes to describe the deformation modes exactly have been introduced in order to decrease these errors. In this study, a scheme for continuous contact treatment is proposed in order to consider the realistic behavior of contact phenomena during the forming process. The discrete mesh causes stepwise propagation of contact nodes of the sheet even though the contact region of the real forming process is altered very smoothly. It gives rise to convergence problem in case that the process, for example bending process, is sensitive to the contact between the sheet and the tools. The analysis of the unconstrained cylindrical bending process without blank holder is also presented in order to investigate the effect of the proposed algorithm.
We present in this paper a finite element formulation for nonlinear torsional analysis of 3D beams with arbitrary composite cross-sections. Since the proposed formulation employs a continuum mechanics based beam element with kinematics enriched by the extended St. Venant solutions, it can precisely account higher order warping effect and its 3D couplings. We propose a numerical procedure to calculate the extended St. Venant equation and the twisting center of an arbitrary composite cross-section simultaneously. The accuracy and efficiency of the proposed formulation are thoroughly investigated through representative numerical examples.
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 Rock Mechanics Conference
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2000.09a
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pp.105-115
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2000
As large underground projects such as radioactive waste disposal, hot water and heat storage, and geothermal energy become influential, the study, which consider all aspects of thermics, hydraulics and mechanics would be needed. Thermo Hydro-Mechanical coupling analysis is one of the most complex numerical technique because it should be implemented with the combined three governing equations to analyze the behavior of rock mass. In this study, finite element code, which is based on Biot's consolidation theory, was developed to analyze the thermo-hydro-mechanical coupling in continuum rock mass. To verify the implemented program, one-dimensional consolidation model under the isothermal and non-isothermal conditions was analyzed and was compared with the analytic solution. The parametric study on two-dimensional consolidation was also performed and the effects of several factors such as poisson's ratio and hydraulic anisotropy on rock mass behavior were investigated. In the future, this program would be revised to be used for analysis of general discontinuous media with incorporating discrete joint model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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