Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.33
no.8
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pp.779-785
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2009
This paper is concerned with a computational approach for topology optimization of geometrically nonlinear structures following specific load-displacement trajectories. In our previous works, attention was paid to stabilize topology optimization involving large displacement and a method called the element connectivity parameterization was developed. Here, we aimed to extend the element connectivity parameterization method to find an optimal geometrically nonlinear structure yielding a specific load-displacement trajectory. In contrast to designing a stiffest structure, the trajectory design problem requires special consideration in topology optimization formulation and solution procedure. Some numerical problems were considered to test the developed element connectivity parameterization based formulation.
Wind turbine blades are adjusted in real-time according to the wind conditions and blade deformations to improve power generation efficiency. It is necessary to predict and reduce the aeroelastic deformations of wind turbine blades. In this paper, the equivalent model of the blade is established by the finite element method (FEM), and the aerodynamic load of the blade is evaluated based on the blade element momentum (BEM) theory. The aeroelastic coupling model is established, in which the bending-torsion coupling effect of the blade is taken into account. The steady and dynamic aeroelastic deformations are calculated. The influences of the blade section's shear centre position and the blade's sweepback design on the deformations are analyzed. The novel approaches of reducing the twist angle of the blade by changing the shear centre position and sweepback of the blade are presented and proven to be feasible.
Haeri, Hadi;Mirshekari, Nader;Sarfarazi, Vahab;Marji, Mohammad Fatehi
Smart Structures and Systems
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v.26
no.5
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pp.605-617
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2020
In this study, the experimental tests for the direct tensile strength measurement of Ultra-High Performance Concrete (UHPC) were numerically modeled by using the discrete element method (circle type element) and Finite Element Method (FEM). The experimental tests used for the laboratory tensile strength measurement is the Compressive-to-Tensile Load Conversion (CTLC) device. In this paper, the failure process including the cracks initiation, propagation and coalescence studied and then the direct tensile strength of the UHPC specimens measured by the novel apparatus i.e., CTLC device. For this purpose, the UHPC member (each containing a central hole) prepared, and situated in the CTLC device which in turn placed in the universal testing machine. The direct tensile strength of the member is measured due to the direct tensile stress which is applied to this specimen by the CTLC device. This novel device transferring the applied compressive load to that of the tensile during the testing process. The UHPC beam specimen of size 150 × 60 × 190 mm and internal hole of 75 × 60 mm was used in this study. The rate of the applied compressive load to CTLC device through the universal testing machine was 0.02 MPa/s. The direct tensile strength of UHPC was found using a new formula based on the present analyses. The numerical simulation given in this study gives the tensile strength and failure behavior of the UHPC very close to those obtained experimentally by the CTLC device implemented in the universal testing machine. The percent variation between experimental results and numerical results was found as nearly 2%. PFC2D simulations of the direct tensile strength measuring specimen and ABAQUS simulation of the tested CTLC specimens both demonstrate the validity and capability of the proposed testing procedure for the direct tensile strength measurement of UHPC specimens.
Doan, Quoc Hoan;Luu, Anh Tuan;Lee, Dongkyu;Lee, Jaehong;Kang, Joowon
Smart Structures and Systems
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v.26
no.3
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pp.311-318
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2020
The goal of this study is to analytically and non-stochastically generate structural uncertainty behaviors of isotropic beams and laminated composite plates under plane stress conditions by using an interval finite element method. Uncertainty parameters of structural properties considering resistance and load effect are formulated by interval arithmetic and then linked to the finite element method. Under plane stress state, the isotropic cantilever beam is modeled and the laminated composite plate is cross-ply lay-up [0/90]. Triangular shape with a clamped-free boundary condition is given as geometry. Through uncertainties of both Young's modulus for resistance and applied forces for load effect, the change of structural maximum deflection and maximum von-Mises stress are analyzed. Numerical applications verify the effective generation of structural behavior uncertainties through the non-stochastic approach using interval arithmetic and immediately the feasibility of the present method.
Jun B. Y.;Kang S. M.;Park J. M.;Lee M. C.;Park R. H.;Joun M. S.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2005.05a
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pp.192-198
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2005
In this paper, a systematic attempt for estimating geometric dimensions of cold forgings is made by finite element method and a practical approach is presented. In the approach, the forging process is simulated by a rigid-plastic finite element method under the assumption that the die is rigid. With the information obtained from the forging simulation, die structural analysis and springback analysis of the material are carried out. In the springback analysis, both mechanical load and thermal load are considered. The mechanical load Is applied by unloading the forming load elastically and the thermal load is by cooling the increased temperature due to the plastic work to the room temperature. All the results are added to predict the final dimensions of the cold forged product. The predicted dimensions are compared with the experiments. The comparison has revealed that predicted results are acceptable in the application sense.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.2
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pp.354-362
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1995
The finite element modeling is used to study the buckling and postbuckling behavior of composite laminates with an embedded delamination. Degenerated shell element and rigid beam element are utilized for the finite element modeling. In the nonlinear finite element formulation, the updated Lagrangian description method based on the second Piola-Kirchhoff stress tensor and the Green strain tensor is used. The buckling and postbuckling behavior of composite laminates with a delamination are investigated for various delamination sizes, stacking sequences, and boundary conditions. It is shown that the buckling load and postbuckling behavior of composite laminates depend on the buckling model which is determined by the delamination size, stacking sequence and boundary condition. Also, results show that introduction of couplings can reduce greatly the buckling load.
KIEE International Transaction on Electrical Machinery and Energy Conversion Systems
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v.5B
no.3
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pp.224-228
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2005
In this paper, we investigate the main components of stray load loss of induction motors for ammonia compressors. The variations of the losses at each part of the motor due to load are calculated by the combined 3-D-2D finite element method formulated by the mixed moving coordinate systems. The stray load loss is calculated from these results due the definition of IEEE standard-112. It is clarified that the core loss and the eddy current loss of the can increase due to load, which can be considered as the main part of the stray load loss.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.21
no.2
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pp.217-222
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1997
A simple finite element approach to predicting deformed shape and load-deflection curve of elastomers is presented in this paper. The method is based on several simplifications in deformation pattern and material behavior. The conventional updated Lagrangian approach is employed together with material data obtained by a simple tension test. The presented approach is verified through comparison of predicted results with experimental ones and applied successfully to shape design of various elastomers for shock, vibration and noise control. The advantage of the presented approach lies in easiness, simplicity and accuracy enough for engineering application.
This paper aims to conduct the reliability-based assessment of the welded joint in the orthotropic steel bridge deck by use of a mesh-insensitive structural stress (MISS) method, which is an effective numerical procedure to determine the reliable stress distribution adjacent to the weld toe. Both the solid element model and the shell element model are first established to investigate the sensitivity of the element size and the element type in calculating the structural stress under different loading scenarios. In order to achieve realistic condition assessment of the welded joint, the probabilistic approach based on the structural reliability theory is adopted to derive the reliability index and the failure probability by taking into account the uncertainties inherent in the material properties and load conditions. The limit state function is formulated in terms of the structural resistance of the material and the load effect which is described by the structural stress obtained by the MISS method. The reliability index is computed by use of the first-order reliability method (FORM), and compared with a target reliability index to facilitate the safety assessment. The results achieved from this study reveal that the calculation of the structural stress using the MISS method is insensitive to the element size and the element type, and the obtained structural stress results serve as a reliable basis for structural reliability analysis.
An elastic-plastic finite element analysis of fatigue crack closure is performed for plane strain conditions. The stabilization behavior of crack opening level and the effect of mesh size on the crack opening stress are investigated. In order to obtain a stabilized crack opening level for plane strain conditions, the crack must be advanced through approximately four times the initial monotonic plastic zone. The crack opening load tends to increase with the decrease of mesh size. The mesh size nearly equal to the theoretical plane strain cyclic plastic zone size may provide reasonable numerical results comparable with experimental crack opening data. The crack opening behavior is influenced by the crack growth increment and discontinuous opening behavior is observed. A procedure to predict the most appropriate mesh size for different stress ratio is suggested. Crack opening loads predicted by the FE analysis based on the procedure suggested resulted in good agreement with experimental ones within the error of 5 %. Effect of the distance behind the crack tip on the crack opening load determined by the ASTM compliance offset method based on the load-displacement relation and by the rotational offset method based on the load-differential displacement relation is investigated. Optimal gage location and method to determine the crack opening load is suggested.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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