Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.22
no.2
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pp.278-288
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1998
An efficient and useful method to improve the local stress field in a displacement-formulated finite element solution has been proposed using the theory of conjugate approximations for a stress field and the Loubignac's iterative method for a displacement field. Validity of the proposed method has been tested through three test examples, to improve the stress field and displacement field in the whole domain and the local regions. As a result of analysis on the test examples, it is found that the stress field in the local regions are approximated to those in the whole domain within a few iterations which have satisfied the original finite element equilibrium equation. In addition, it is found that the local stress field are by far better approximated to the exact stress field than the displacement-based stress field with the reduction of the finite-element mesh-size.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.7
no.4
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pp.21-27
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1998
In the case of existing in free-edge delaminations of composite laminates which are symmetry with respect to mid-plane in laminates also, in the case of asymmetry and anti-symmetry, the generalized quasi-three dimensional displacement field equations developed from quasi-three dimensional displacement field equations can be applied to solve above cases. We introduce three paramenters in this paper, which have not been used in quasi-three dimensional displacement field equations until now. To the laminate subjected to the axial extension strain $\varepsilon$0(C1) in $\chi$-direction, the bending deformation $\chi$$\chi$(C$_2$) around у-direction, the bending deformation w$\chi$(C$_4$) around z-direction and the twisting deformation $\chi$$\chi$y(C$_3$) around $\chi$-direction .The generalized quasi-three dimensional displacement field equations are able to be analyzed efectively.
Interfacial stresses at two-material interfaces and initial displacement field over the entire domain are obtained by modifying the potential energy functional with a penalty function, which enforces continuity of the stresses at the interface of two materials. Based on the initial displacement field and interfacial stresses, a new methodology to generate a continuous stress field over the entire domain has been proposed by combining the modified projection method of stress-smoothing and Loubignac's iterative method of improving the displacement field. Stress analysis is carried out on two examples made of dissimilar materials : one is a two-material cantilever composed of highly dissimilar materials and the other is a zirconium-lined cladding tube made of slightly dissimilar materials. Results of the analysis show that the proposed method provides an improved continuous stress field over the entire domain, and accurately predicts the nodal stresses at the interface, while the conventional displacement-based finite element method produces significant stress discontinuities at the interface. In addition, the total strain energy evaluated from the improved continuous stress field converges to the exact value in a few iterations.
This paper presents a study on the behavior of an RC bridge under near-field and far-field ground motions. For this purpose, a dynamic nonlinear finite element time history analysis has been conducted. The near-field and far-field records are chosen pairwise from the same events which are fits to the seismic design of the bridge. In order to perform an accurate seismic evaluation, the model has been analyzed under two vertical and horizontal components of ground motions. Parameters of relative displacement, residual displacement, and maximum plastic strain have been considered and compared in terms of near-field and far-field ground motions. In the following, in order to decrease the undesirable effects of near-field ground motions, a viscous damper is suggested and its effects have been studied. In this case, the results show that the near-field ground motions increase maximum relative and residual displacement respectively up to three and twice times. Significant seismic improvements were achieved by using viscous dampers on the bridge model. Somehow under the considered near-field ground motion, parameters of residual and relative displacement decrease dramatically even less than the model without damper under the far-field record of the same ground motion.
Finite element method was utilized to analyze crack tip stress and displacement field under drying stress case as stepwise loading. Opening mode of single-edge-notched model was employed and analyzed by linear elastic fracture mechanics of plane stress case. The drying stresses were applied as stepwise loads at the boundary elements of the model with 10 steps of time serial. The stress intensity factor($K_I$) for opening mode reached to its maximum just prior to the stress reversal. The $K_I$ from the displacement fields revealed 1.7 times higher than those from stress fields. By comparing the two sets of $K_I$ from displacement and stress fields, single parameter $K_I$ showed its validity to characterize displacement fields around the crack tip front while stress field could not be characterized due to large variations between two sets of data.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2004.10a
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pp.855-859
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2004
We develop a new four-node flat shell element which is accurate, efficient, and suitable to be used on general purpose. The new element has a hybrid Trefftz element with drilling degrees of freedom as a membrane part. We define the two independent displacement field: the internal displacement field that satisfies governing equations in the domain a priori and the boundary displacement field that is usually used as a conventional finite element method. The hybrid Trefftz variational formulation connects these two displacement fields on the boundary of the domain. To add drilling degrees of freedom, we introduce the Allman's quadratic displacement field to the boundary displacement field. As a result, our flat shell element has 6 degrees of freedom per a node. We also use the well-known DKMQ plate bending element for the plate part of the proposed element. The DKMQ element satisfies Mindlin-Reissner‘s plate theory along the edge of the element and gives proper behavior regardless of the thickness. A series of numerical experiments shows that the performance of the new element such as accuracy, rate of convergence, robustness to mesh quality, and so on.
In this study, displacement estimation algorithm, which is not requiring an absolute reference point unlike the conventional displacement measurement method, is developed using the geophone. To estimate displacement of the bridge, measured velocity time signal is integrated in the frequency domain. And, the estimated displacement is compared with the measured result using a conventional method. Based on the dynamic field test results, it was found that the estimated displacement by the present algorithm is similar to that of a conventional method. The displacement estimation algorithm proposed in this paper can be effectively applied to measure the displacement of a structure, which is difficult to install a displacement transducer at the fixed point.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.21
no.11
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pp.1844-1851
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1997
Displacement fields and interface stresses are obtained by modifying the potential energy functional with a penalty function which enforces the continuity of stresses at the interface of two-materials. Based on the displacement field and the interface stresses, a new methodology to generate a continuous stress field over the entire domain including the interface of the dissimilar materials has been proposed by combining the L$^{2}$ projection method of stress-smoothing and the Loubignac's iterative method of improving the displacement field. Stress analysis was carried out on two examples which are made of highly dissimilar materials. As a result of the analysis, it is found that the proposed method provides improved continuity of the stress field over the entire domain as well as predicting accurate nodal stresses at the interface. In contrast, the conventional displacement-based finite element method provides significant stress discontinuties at the interfaces. In addition, it was found that the total strain energy evaluated from the improved continuous stress field converge to the exact value as increasing the number of iterations in the proposed method.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.2
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pp.331-341
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1993
The propagating crack problems under dynamic antiplane mode in orthotropic material is studied in this paper. To analyze the dynamic fracture problems by theoretical method or experimental method in orthotropic material, it is important to know the dynamic stress intensity factor in the vicinity of crack tip. Therefore the dynamic stress field and dynamic displacement field with dynamic stress intensity factor of orthotropic material in mode III were derived. When the crack propagation speed approachs to zero, the dynamic stress components and dynamic displacement components derived in this paper are identical to the those of static state. In addition, the relationships between dynamic stress intensity factor and dynamic energy release rate are determined by using the concept of crack closure energy with the dynamic stresses and dynamic displacements derived in this paper. Finally, the characteristics of crack propagation are studied with the properties of orthotropic material and crack speed. The variation of angle .alpha. between fiber direction and crack propagating direction and crack propagation speed fairly effect on stress component and displacement component in crack tip. The influence of crack propagation speed on the speed on the stress and displacement is greater in the case of .alpha.=90.deg. than in the case of .alpha.=0.deg. and the faster the crack propagation speed, the greater the stress value and displacement value.
In this paper, an analytical solution of displacement, strain and stress field for rotating thick-walled cylinder made of functionally graded material subjected to the uniform external magnetic field and thermal field in plane strain state has been studied. Stress, strain and displacement field as a function of radial coordinates considering magneto-thermo-elasticity are derived analytically. According to the Maxwell electro-dynamic equations, Lorentz force in term of displacement is obtained in cylindrical coordinates. Also, symmetric temperature distribution along the thickness of hollow cylinder is obtained by solving Fourier heat transfer equation in cylindrical coordinates. Using equation of equilibrium and thermo-mechanical constitutive equations associated with Lorentz force, a second-order inhomogeneous differential equation in term of displacement is obtained and will be solved analytically. Except Poisson's ratio, other mechanical properties such as elasticity modulus, density, magnetic permeability coefficient, heat conduction coefficient and thermal expansion coefficient are assumed to vary through the thickness according to a power law. In results analysis, non-homogeneity parameter has been chosen arbitrary and inner and outer surface of cylinder are assumed to be rich metal and rich ceramic, respectively. The effect of rotation, thermal, magnetic field and non-homogeneity parameter of functionally graded material which indicates percentages of cylinder's constituents are studied on displacement, Von Mises equivalent stress and Von Mises equivalent strain fields.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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