In this paper, a hybrid scaled boundary finite element and finite volume method (SBFEM-FVM) is proposed for simulating hydraulic-fracture propagation in brittle concrete materials. As a semi-analytical method, the scaled boundary finite element method is introduced for modelling concrete crack propagation under both an external force and water pressure. The finite volume method is employed to model the water within the crack and consider the relationship between the water pressure and the crack opening distance. The cohesive crack model is used to analyse the non-linear fracture process zone. The numerical results are compared with experimental data, indicating that the F-CMOD curves and water pressure changes under different loading conditions are approximately the same. Different types of water pressure distributions are also studied with the proposed coupled model, and the results show that the internal water pressure distribution has an important influence on crack propagation.
Zagane Mohammed El Sallah;Moulgada Abdelmadjid;Sahli Abderahmane;Baltach Abdelghani;Benouis Ali
Advances in materials Research
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v.12
no.4
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pp.273-286
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2023
The fracture mechanics make it possible to characterize the behavior with cracking of structures using parameters quantifiable in the sense of the engineer, in particular the stress field, the size of the crack, and the resistance to cracking of the material. Any structure contains defects, whether they were introduced during the production of the part (machining or molding defects for example). The aim of this work is to determine numerically by the finite element method the stress concentration factor Kt of a plate subjected to a tensile loading containing a lateral form defect with different sizes: a semicircle of different radii, a notch with different opening angles and a crack of different lengths. The crack propagation is then determined using the extended finite element technique (X-FEM). The modeling was carried out using the ABAQUS calculation code.
The quadratic B-spline finite element method yields mass and stiffness matrices which are half the size of matrices obtained by the conventional finite element method. We solve the free vibration problem of a rotating Rayleigh beam using the quadratic B-spline finite element method. Rayleigh beam theory includes the rotary inertia effects in addition to the Euler-Bernoulli theory assumptions and presents a good mathematical model for rotating beams. Galerkin's approach is used to obtain the weak form which yields a system of symmetric matrices. Results obtained for the natural frequencies at different rotating speeds show an accurate match with the published results. A comparison with Euler-Bernoulli beam is done to decipher the variations in higher modes of the Rayleigh beam due to the slenderness ratio. The results are obtained for different values of non-uniform parameter ($\bar{n}$).
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.11
no.2
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pp.41-49
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1994
Laser welded blanks are finding increased usage in many industrial applications, which are made of different sheet thickness or different material strengths joined together. In this study the heat flow problem in laser welding of the different steel sheet thickness was solved by using a finite element method, and a series of experiments wers carried out to confirm the validity of the numerical method.
The streamfunction-vorticity equations for two-dimentional cavity flow are solved by a new finite element method which uses finite spectral basis functions as interpolation functions for rectangular elements. Results for several cases with different Renold's number are compared with benchmark solutions and found to be in well agreement.
In the present analysis, the spline finite strip with higher-order shear deformation is formulated for the static analysis of piezoelectric composite plates. The proposed method incorporates Reddy's third-order shear deformation theory, Touratier's "Sine" model, Afaq's exponential model, Cho's higher-order zigzag laminate theory, as well as the classic plate theory and the first-order plate theory. Thus, the analysis can be conducted based on any of the above-mentioned theories. The selection of a specific method is done by simply changing a few terms in a 2 by 2 square matrix and the results, obtained according to different plate theories, can be compared to each other. Numerical examples are presented for piezoelectric composite plates subjected to mechanical loading. The results based on different shear deformation theories are compared with the three-dimensional solutions. The behaviours of piezoelectric composite plates with different length-to-thickness ratios, fibre orientations, and boundary conditions are also investigated in these examples.
Many novel materials exhibit a property of different elastic moduli in tension and compression. One such material is graphene, a wonder material, which has the highest strength yet measured. Investigations on buckling problems for structures with different moduli are scarce. To address this new problem, firstly, the nondimensional expression of the relation between offset of neutral axis and deflection curve is derived based on the phased integration method, and then using the energy method, load-deflection relation of the rod is determined; Secondly, based on the improved constitutive model for different moduli, large deformation finite element formulations are developed and combined with the arc-length method, finite element iterative program for rods with different moduli is established to obtain buckling critical loads; Thirdly, material mechanical properties tests of graphite, which is the raw material of graphene, are performed to measure the tensile and compressive elastic moduli, moreover, buckling tests are also conducted to investigate the buckling behavior of this kind of graphite rod. By comparing the calculation results of the energy method and finite element method with those of laboratory tests, the analytical model and finite element numerical model are demonstrated to be accurate and reliable. The results show that it may lead to unsafe results if the classic theory was still adopted to determine the buckling loads of those rods composed of a material having different moduli. The proposed models could provide a novel approach for further investigation of non-linear mechanical behavior for other structures with different moduli.
A 2-D four-noded finite element which contains a ${\lambda}$ singularity is developed. The new element is compatible with quadratic standard isoparametric elements. The element is tested on two different examples. In the first example, an edge crack problem is analyzed using two different meshes and different integration orders. The second example is a crack perpendicular to the interface problem which is solved for different material properties and in turn different singularity order ${\lambda}$. The results of those examples illustrate the efficiency of the proposed element.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.18
no.4
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pp.816-826
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2017
In this paper, a generalized discretization scheme is proposed that can derive general-order finite difference equations representing the joint probability density function of dynamic response of stochastic systems. The various order of finite difference equations are applied to solutions of the Fokker-Planck-Kolmogorov (FPK) equation. The finite difference equations derived by the proposed method can greatly increase accuracy even at the tail parts of the probability density function, giving accurate reliability estimations. Compared with exact solutions and finite element solutions, the generalized finite difference method showed increasing accuracy as the order increases. With the proposed method, it is allowed to use different orders and types (i.e. forward, central or backward) of discretization in the finite difference method to solve FPK and other partial differential equations in various engineering fields having requirements of accuracy or specific boundary conditions.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2000.11a
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pp.665-672
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2000
The problems of discontinuous layer interface are very important in the algorithm and programming for the analysis of multi-layered consolidation using a numerical analysis, finite difference method(F.D,M.). Better results can be obtained by the process for discontinuous layer interface, since it can help consolidation analysis to model the actual ground Explicit method is simple for analysis algorithm and convenient for use except for applying the operator Crank-Nicolson method represents implicit method, which have different analysis method according to weighting factor. This method uses different algorithm according to dimension. And, this paper uses alternative direction implicit method. The purpose of this paper provides an efficient computer algorithm based on numerical analysis using finite difference method which account for multi-layered soils with confined aquifer to determine the degree of consolidation and excess pore pressures relative to time and positions more realistically.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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