An unbraced cantilever beam subjected to loads which cause bending about the major axis may buckle in a flexuraltorsional mode by deflecting laterally and twisting. For the efficient design of these structures, design engineers require a simple accurate equation for the elastic flexural-torsional buckling load. Existing solutions for the flexural-torsional buckling of cantilever beams have mainly been derived by numerical methods which are tedious to implement. In this research, an attempt is made to derive a theoretical equation by the energy method using different buckled shapes. However, the results of a finite element flexural-torsional buckling analysis reveal that the buckled shapes for the lateral deflection and twist rotation are different for cantilever beams. In particular, the buckled shape for the twist rotation also varies with the section size. In light of these findings, the finite element flexural-torsional buckling analysis was then used to derive simple accurate equations for the elastic buckling load and moment for cantilever beams subjected to end point load, uniformly distributed load and end moment. The results are compared with previous research and it was found that the equations derived in this study are accurate and simple to use.
The solution of anisotropic plate via the classical methods is limited to relatively load and boundary conditions. If these conditions are more complex, the analysis becomes increasingly tedious and even impossible. For many plate problems of considerable practical interest, analytic solutions to the governing differential equations cannot be found. Among the numerical techniques presently available, the finite difference method and the finite element method are powerful numerical methods. The objective of this paper is to compare with each numerical methods for the buckling load and modes of anisotropic composite laminated plates considering shear deformation. In applying numerical methods to solve differential equations of anisotropic plates, this study uses the finite difference method and the finite element method. In determining the eigenvalue by Finite Difference Method, this paper represent good convergence compared with Finite Element Method. Several numerical examples and buckling modes show the effectiveness of various numerical methods and they will give a guides in deciding minimum buckling load and various mode shapes.
This paper presents an efficient calculation method for torque and torque ripple of a permanent magnet synchronous motor by using superposing method of load angle torque curves from finite element method. The load angle range having minimum torque ripple as well as average torque according to load angle can be induced by proposed method. We selected a permanent magnet assisted synchronous reluctance motor (PMa-SynRM) as a study model because of its high torque ripple. We performed experiment of torque ripple and average torque according to load angle for the verification of proposed method in the paper.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.23
no.6
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pp.659-665
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2010
The finite element method(FEM) is proven to be an effective approximate method of structural analysis if proper element types and meshes are chosen, and recently, the method is often applied to solve complex dynamic and nonlinear problems. A properly chosen element type and mesh yields reliable results for dynamic finite element structural analysis. However, dynamic behavior of a structure may include unpredictably large strains in some parts of the structure, and using the initial mesh throughout the duration of a dynamic analysis may include some elements to go through strains beyond the elements' reliable limits. Thus, the finite element mesh for a dynamic analysis must be dynamically adaptive, and considering the rapid process of analysis in real time, the dynamically adaptive finite element mesh generating schemes must be computationally efficient. In this paper, a computationally efficient dynamically adaptive finite element mesh generation scheme for dynamic analyses of structures is described. The concept of representative strain value is used for error estimates and the refinements of meshes use combinations of the h-method(node movement) and the r-method(element division). The shape coefficient for element mesh is used to correct overly distorted elements. The validity of the scheme is shown through a cantilever beam example under a concentrated load with varying values. The example shows reasonable accuracy and efficient computing time. Furthermore, the study shows the potential for the scheme's effective use in complex structural dynamic problems such as those under seismic or erratic wind loads.
KIEE International Transaction on Electrical Machinery and Energy Conversion Systems
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v.3B
no.1
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pp.16-22
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2003
This paper presents an application of an impedance boundary condition to 3D vector finite element analysis of a multi-port cylidrical microwave cavity using Snell's law. Computing memory benefits and computing time reduction are obtained from this method compared with the conventional finite element method(FEM). To verify the method, a high permittivity scatterer in free space is analyzed and compared with the results of conventional (FEM). In addition, this method has been analyzed several types of cavities, including water load, to demonstrate the validity and accuracy of the program.
Purpose: The purpose of this study is to evaluate the effect of two different oblique mechanical loading to occlusal surfaces of cement retained implant on the stress distributions in surrounding bone, using 3-dimensional finite element method. Methods: A 3-dimensional finite element model of a cement retained implant composed of three unit implants, simplified ceramic crown and supporting bone was developed according to the design of ement retained implant for this study. two kinds of surface distributed oblique loads(100 N) are applied to following occlusal surfaces in the single crowns; 1) oblique load on 2 occlusal points(50N for each buccal cusp, 2 buccal cusps exist), 2) oblique load on 4 occlusal points(25N for each buccal and lingual cusp, 2 buccal and 2 lingual cusps exist) Results: The results of the comparison of the stress distributions on surrounding bone are as follows. In the condition of oblique load on 2 occlusal points, VMS was 741.3 Mpa in the M1(Ø$4.0{\times}13mm$) model and 251.2 Mpa in the M2(Ø$5.0{\times}13mm$) model. It means the stress on the supporting bone is decreased. The results of oblique load on 4 occlusal points are similar to this one. Conclusion: Increasing the diameter of the implant fixture is helpful to distribute the stress on the supporting bone. Also, to obtain the structural stability of the supporting bone, it is effective to distribute the load evenly on the occlusal surface of crown in producing single crown implant.
Two cases of design are performed for the hyperbolic paraboloid saddle shell (Lin-Scordelis saddle shell) and the hyperbolic cooling tower (Grand Gulf cooling tower) to check the design strength against a consistent design load, therefore to verify the adequacy of the design algorithm. An iterative numerical computational algorithm is developed for combined membrane and flexural forces, which is based on equilibrium consideration for the limit state of reinforcement and cracked concrete. The design algorithm is implemented in a finite element analysis computer program developed by Mahmoud and Gupta. The amount of reinforcement is then determined at the center of each element by an elastic finite element analysis with the design ultimate load. Based on ultimate nonlinear analyses performed with designed saddle shell, the analytically calculated ultimate load exceeded the design ultimate load from 7% to 34% for analyses with various magnitude of tension stiffening. For the cooling tower problem the calculated ultimate load exceeded the design ultimate load from 26% to 63% with similar types of analyses. Since the effective tension stiffening would vary over the life of the shells due to environmental factors, a degree of uncertainty seems inevitable in calculating the actual failure load by means of numerical analysis. Even though the ultimate loads are strongly dependent on the tensile properties of concrete, the calculated ultimate loads are higher than the design ultimate loads for both design cases. For the cases designed, the design algorithm gives a lower bound on the design ultimate load with respect to the lower bound theorem. This shows the adequacy of the design algorithm developed, at least for the shells studied. The presented design algorithm for the combined membrane and flexural forces can be evolved as a general design method for reinforced concrete plates and shells through further studies involving the performance of multiple designs and the analyses of differing shell configurations.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.50
no.4
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pp.67-75
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2008
In construction facilities such as bridges, the fluid boundary layer(or water film) is formed at the structure-soil interface by the inflow into the system due to rainfall or/and rising ground-water. As a result, the structure-soil interaction(SSI) state changes into the structure-fluid-soil interaction(SFSI) state. In general, construction facilities may be endangered by the inflow of water into the soil foundation. Thus, it is important to predict the dynamic SFSI responses accurately so that the facilities may be properly designed against such dangers. It is desired to have the robust tools of attaining such a purpose. However, there has not been any report of a method for the SFSI analyses. The objective of this study is to propose an efficient method of finite element modelling using the new interface element named hybrid interface element capable of giving reasonable predictions of the dynamic SFSI response. This element enables the simulation of the limited normal tensile resistance and the tangential hydro-plane behaviour, which has not been preceded in the previous studies. The hybrid interface element was tested numerically for its validity and employed in the analysis of SFSI responses of the continuous bridge subjected to seismic load under rainfall or/and rising ground-water condition. It showed that dynamic responses of the continuous bridge resting on direct foundation may be amplified under rainfall condition and consequently lead to significant variation of stresses.
In this paper, a nonlinear numerical method to solve the large deflection problem is introduced. And the non-dimensional load-deflection behavior of functionally graded carbon nanotube-reinforced composite (FG-CNTRC) plates is parametrically investigated. The large deflection problem is formulated according to the von Kármán nonlinear theory and the (1,1,0)* hierarchical model, and it is approximated by 2-D natural element method (NEM). The shear locking phenomenon is suppressed by the selectively reduced integration method. The nonlinear matrix equations are solved by combining the incremental loading scheme and the Newton-Raphson iteration method. The proposed method is validated from the benchmark experiments, where the propose method shows an excellent agreement with the reference methods. The nonlinear behavior of FG-CNTRC plates is evaluated in terms of the non-dimensional load-deflection curve, and it is parametrically investigated with respect to the existence/non-existence and gradient pattern of CNTs, the width-to-thickness and aspect ratios of plates and the type of boundary conditions. The non-dimensional central deflection is significantly reduced when CNTs and added, and it decreases with the volume fraction of CNTs. But, it shows a uniform increase in proportion to the width-to-thickness and aspect ratios. Both the gradient pattern of CNTs and the type of boundary conditions do also show the remarkable effects.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2006.11a
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pp.434-438
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2006
The purpose of this paper is that investigates the Natural Frequency behavior characteristic of Wind Turbine Jacket Type Tower model, and calculated that the stress values of Thrust Load, Wave Load, Wind Load, Current Loda, Gravity Load, etc., environment evaluation analysis during static Operating Wind Turbine Jacket Type Tower model, carried out of Natural Frequency analysis of total load case to stress matrix, Frequency calculated that calculated Add Natural Frequency to stiffness matrix for determinant to stress results. The finite element analysis is performed with commercial F.E.M program (ANSYS) on the basis of the natural frequency and mode shape.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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