In this paper, a meshfree-enriched finite element method (ME-FEM) is introduced for the large deformation analysis of nonlinear path-dependent problems involving contact. In linear ME-FEM, the element formulation is established by introducing a meshfree convex approximation into the linear triangular element in 2D and linear tetrahedron element in 3D along with an enriched meshfree node. In nonlinear formulation, the area-weighted smoothing scheme for deformation gradient is then developed in conjunction with the meshfree-enriched element interpolation functions to yield a discrete divergence-free property at the integration points, which is essential to enhance the stress calculation in the stage of plastic deformation. A modified variational formulation using the smoothed deformation gradient is developed for path-dependent material analysis. In the industrial metal forming problems, the mortar contact algorithm is implemented in the explicit formulation. Since the meshfree-enriched element shape functions are constructed using the meshfree convex approximation, they pose the desired Kronecker-delta property at the element edge thus requires no special treatments in the enforcement of essential boundary condition as well as the contact conditions. As a result, this approach can be easily incorporated into a conventional displacement-based finite element code. Two elasto-plastic problems are studied and the numerical results indicated that ME-FEM is capable of delivering a volumetric locking-free and pressure oscillation-free solutions for the large deformation problems in metal forming analysis.
International Journal of Aerospace System Engineering
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v.7
no.1
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pp.7-15
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2020
In this paper the crack growth, modeling, and simulation of the stiffened and un-stiffened cracked panels presented using commercially available finite element software packages. Computation of stresses and convergence of stress intensity factor for single edge notch (SEN) specimens carried out using the finite element method (FEM) and extended finite element method (XFEM) and compared with an analytical solution. XFEM techniques like cohesive segment method and LEFM using virtual crack closure technique (VCCT), used for crack growth analysis and presented results for un-stiffened and stiffened panels considering various crack domain. The non-linear analysis considering both geometric and material non-linearity on stiffened panels with various stringers like a blade, L, inverted T and Z sections the results were presented. Arrived at the optimum stringer section type for the considered panel under axial loading from the numerical analysis.
This study aims to accurately predict the first ply failure loads of laminated composite hypar shell roofs with different boundary conditions. The geometrically nonlinear finite element method (FEM) is used to analyse different symmetric and anti-symmetric, cross and angle ply shells. The first ply failure loads are obtained through different well-established failure criteria including Puck's criterion along with the serviceability criterion of deflection. The close agreement of the published and present results for different validation problems proves the correctness of the finite element model used in the present study. The effects of edge conditions on first ply failure behavior are discussed critically from practical engineering point of view. Factor of safety values and failure zones are also reported to suggest design and non-destructive monitoring guidelines to practicing engineers. Apart from these, the present study indicates the rank wise relative performances of different shell options. The study establishes that the angle ply laminates in general perform better than the cross ply ones. Among the stacking sequences considered here, three layered symmetric angle ply laminates offer the highest first ply failure load. The probable failure zones on the different shell surfaces, identified in this paper, are the areas where non-destructive health monitoring may be restricted to. The contributions made through this paper are expected to serve as important design aids to engineers engaged in composite hypar shell design and construction.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers B
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v.55
no.6
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pp.306-313
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2006
A three dimensional adaptive finite element refinement algorithm is developed for non-linear magnetostatic field problems. In the method, the edge elements are used for finite element formulation, and the local error in each element is estimated from the fact that the tangential components of magnetic field intensity and the normal components of magnetic flux density should be continuous at the interface of the two adjacent elements. Based on the estimated error, the elements which have big error are divided into several elements using bisection method. The effectiveness of the developed algorithm is proved through numerical examples.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2002.05a
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pp.9-12
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2002
A parametric study has been conducted to investigate the effect of the geometry on the strength of an unidirectional and fabric hybrid laminated composite joint. Tests are conducted for the specimens with nine different edge-to-hole diameter or width-to-hole diameter ratios. For the finite element analysis, the characteristic length method is used, and the tests for determining the characteristic length are performed additionally. Nonlinear contact problem between the pin and laminate is modeled by the gap element in MSC/NASTRAN. Tsai-Wu failure criteria is applied to the stress on the characteristic curve. The finite element and experimental results shows good agreement in strength of composite joint. Results of the parametric study shows the effect of the geometry is remarkable in the specimens with width-to-hole diameter ratio less than 2.8 and edge-to-hole diameter ratio less than 1.4.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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1997.04a
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pp.198-203
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1997
This paper deals with a numerical study of the tribological contact stress distributions of elastomeric lip seah for oscillating shafts when the sealing interference and band width between the lip edge of contact seals the shaft are present. Using the finite element method, the contact stress and band width of scraper seals rare analyzed for the sealing interference including some nonlinearities such as geometrical nonlinearity, material nonlinearity and nonlinear contact boundary condition. The FEM results showed that the contact stress concentrated on the contacting lip zone between the contacting edge of lip and the shaft for the increased interference. In double lip scraper seals, the maximum contact stress of the dust lip, which is used to exclude foreign contaminants, is six times higher than that of the primary sealing lip, which is used to contain lubricants.
Proceedings of the Korean Society of Computer Information Conference
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2011.01a
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pp.185-188
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2011
In order to estimate spatial charging process in the corona charging which has been used to make polymer electret, the electrical properties of polypropylene film were obtained from Thermally Stimulated Current(TSC) measurements after corona charging between knife electrode and cylinder electrode with the voltages of -5, -6, -7 and -8[kV], respectively. And then the electrostatic contour and the electric field vector were also simulated by using Finite Element Method(FEM). The edge effect around edge of knife electrode affected the electrostatic contour on surface of specimen and the electric field concentration inside specimen. The uneven charging state in the electret due to the mistake on design could be calculated and so the optimal design of corona charging device which is appropriate to various materials is come to be practicable.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2000.10a
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pp.68-72
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2000
In order to estimate spatial charging process in the corona charging which has been used to make polymer electret, the electrical properties of polypropylene film were obtained from Thermally Stimulated Current (TSC) measurements after corona charging between knife electrode and cylinder electrode with the voltages of -5, -6, -7 and -8[kV], respectively. And then the electrostatic contour and the electric field vector were also simulated by using Finite Element Method (FEM). The edge effect around edge of knife electrode affected the electrostatic contour on surface of specimen and the electric field concentration inside specimen. The uneven charging state in the electret due to the mistake on design could be calculated and so the optimal design of corona charging device which is appropriate to various materials is come to be practicable.
The welding residual stress should be considered in fatigue stress analysis because it develope during the process of the electric resistance spot welding and it causes bad affect on the fatigue crack initiation and growth at nugget edge of spot welded points. Therefore the accurate estimation of residual stress is crucial. In this study, nonlinear finite element analysis on welding residual stress generated during the process of the spot welding was conducted, and their results were compared with the experimental data measured by X-ray diffraction method. From the results, it was found that welding residual stress existed as tension in the nugget center and as compression around the nugget edge.
Chinnapandi, Lenin Babu Mailan;Pitchaimani, Jeyaraj;Eltaher, Mohamed A.
Steel and Composite Structures
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v.44
no.6
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pp.829-843
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2022
This manuscript work presents a comprehensive continuum model capable to investigate the effect of porosity on vibro-acoustic behaviour of functionally graded (FG) beams resting on an elastic foundation subjected to thermal and mechanical loadings. Effects of uniform temperature rise and edge compressive load on the sound radiation characteristics are studied in a comparative manner. The numerical analysis is carried out by combining finite element method with Rayleigh's integral. Detailed parametric studies are accomplished, and influences of power law index, porosity volume, porosity distribution and boundary conditions on the vibro-acoustic response characteristics are analyzed. It is found that the vibro-acoustic response under mechanical edge compression is entirely different compared to from that under the thermal load. Furthermore, nature of grading of porosity affects the sound radiation behaviour for both the loads. The proposed model can be used to obtain the suppression performance of vibration and noise FG porous beams under thermal and mechanical loads.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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