In this work, the iterative coupling of finite element and boundary element methods for the investigation of coupled fluid-fluid, solid-solid and fluid-solid wave propagation models is reviewed. In order to perform the coupling of the two numerical methods, a successive renewal of the variables on the common interface between the two sub-domains is performed through an iterative procedure until convergence is achieved. In the case of local nonlinearities within the finite element sub-domain, it is straightforward to perform the iterative coupling together with the iterations needed to solve the nonlinear system. In particular, a more efficient and stable performance of the coupling procedure is achieved by a special formulation that allows to use different time steps in each sub-domain. Optimized relaxation parameters are also considered in the analyses, in order to speed up and/or to ensure the convergence of the iterative process.
This study presents a 4 node, 11 DOF/node plate element based on higher order shear deformation theory for lamina composite plates. The theory accounts for parabolic distribution of the transverse shear strain through the thickness of the plate. Differential field equations of composite plates are obtained from energy methods using virtual work principle. Differential field equations of composite plates are obtained from energy methods using virtual work principle. These equations were transformed into the operator form and then transformed into functions with geometric and dynamic boundary conditions with the help of the Gâteaux differential method, after determining that they provide the potential condition. Boundary conditions were determined by performing variational operations. By using the mixed finite element method, plate element named HOPLT44 was developed. After coding in FORTRAN computer program, finite element matrices were transformed into system matrices and various analyzes were performed. The current results are verified with those results obtained in the previous work and the new results are presented in tables and graphs.
This paper describes effects of infill walls on behavior of RC frame with low strength, including numerical modeling, modal testing and finite-element model updating. For this purpose full scaled, one bay and one story RC frame is produced and tested for plane and brick in-filled conditions. Ambient-vibration testis applied to identify dynamic characteristics under natural excitations. Enhanced Frequency Domain Decomposition and Stochastic Subspace Identification methods are used to obtain experimental dynamic characteristics. A numerical modal analysis is performed on the developed two-dimensional finite element model of the frames using SAP2000 software to provide numerical frequencies and mode shapes. Dynamic characteristics obtained by numerical and experimental are compared with each other and finite element model of the frames are updated by changing some uncertain modeling parameters such as material properties and boundary conditions to reduce the differences between the results. At the end of the study, maximum differences in the natural frequencies are reduced on average from 34% to 9% and a good agreement is found between numerical and experimental dynamic characteristics after finite-element model updating. In addition, it is seen material properties are more effective parameters in the finite element model updating of plane frame. However, for brick in-filled frame changes in boundary conditions determine the model updating process.
Early detection of small concrete crack or reinforcement corrosion is necessary for Structural Health Monitoring (SHM). Global vibration based methods are advantageous over local methods because of simple equipment installation and cost efficiency. Among vibration based techniques, FRF based methods are preferred over modal based methods. In this study, a new coupled method using frequency response function (FRF) and proper orthogonal modes (POM) is proposed by using the dynamic characteristic of a damaged beam. For the numerical simulation, wave finite element (WFE), coupled with traditional finite element (FE) method is used for effectively incorporating the damage related information and faster computation. As reported in literature, hybrid combination of wave function based wave finite element method and shape function based finite element method can addresses the mid frequency modelling difficulty as it utilises the advantages of both the methods. It also reduces the dynamic matrix dimension. The algorithms are implemented on a three-dimensional reinforced concrete beam. Damage is modelled and studied for two scenarios, i.e., crack in concrete and rebar corrosion. Single and multiple damage locations with different damage length are also considered. The proposed methodology is found to be very sensitive to both single- and multiple- damage while being computationally efficient at the same time. It is observed that the detection of damage due to corrosion is more challenging than that of concrete crack. The similarity index obtained from the damage parameters shows that it can be a very effective indicator for appropriately indicating initiation of damage in concrete structure in the form of spread corrosion or invisible crack.
In applying the spectral stochastic finite element methods to the frequency response analysis, the conventional methods are known to give unstable and inaccurate results near the natural frequencies. To address this issue, a new sensitivity based stabilized formulation for stochastic frequency response analysis is proposed in this paper. The main difference over the conventional spectral methods is that the polynomials of random variables are applied to both numerator and denominator in approximating the harmonic response solution. In order to reflect the resonance behavior of the structure, the denominator polynomials is constructed by utilizing the natural frequency sensitivity and the random mode superposition. The numerator is approximated by applying a polynomial chaos expansion, and its coefficients are obtained through the Galerkin or the spectral projection method. Through various numerical studies, it is seen that the proposed method improves accuracy, especially in the vicinities of structural natural frequencies compared to conventional spectral methods.
Before getting to the actual study of the load distribution factor in various excavating methods, this research is preliminarily focused on the comparison of two different excavation methods, CD cut method and Ringcut method. Especially, the purpose of this research is to study the behavioral mechanism of two tunnels which share the same construction environment but different excavating method. Two numerical analysis models with the same tunnel section and material properties are compared in this study, and they are analyzed by 3D Finite Element Analysis. In each model, face stability, crown displacement, ground settlement, and shotcrete-lining stress are computed. Thus, the general behavior of CD cut method and Ringcut method are studied, and it certified what should be considered for the calculation of the load distribution factor.
The main objective of the research is to develop a research code solving transient incompressible Navier-Stokes equation. In this research code, Adams-Bashforth method was applied to the convective terms of the navier stokes equation and the splitted equations were discretized spatially by finite element methods to solve the complex geometry problems easily. To reduce the divergence on the boundaries of pressure poisson equation due to the unsuitable pressure boundary conditions, multi step approximation pressure boundary conditions derived from the boundary linear momentum equations were used. Simulations of Lid Driven Flow and Flow over Cylinder were conducted to prove the accuracy by means of the comparison with results of the previous workers.
The finite element analysis of metal forming processes often fails because of severe mesh distortion at large deformation. As the concept of meshless methods, only nodal point data are used for modeling and solving. As the main feature of these methods, the domain of the problem is represented by a set of nodes, and a finite element mesh is unnecessary. This computational methods reduces time-consuming model generation and refinement effort. It provides a higher rate of convergence than the conventional finite element methods. The displacement shape functions are constructed by the reproducing kernel approximation that satisfies consistency conditions. In this research, A meshless method approach based on the reproducing kernel particle method (RKPM) is applied with metal forming analysis. Numerical examples are analyzed to verify the performance of meshless method for metal forming analysis.
This study aims at performing sensitivity analysis of piezoelectric smart structure for minimizing radiated noise from the structure, The structure consists of a flat plate on which disk shaped piezoelectric actuator is mounted, and finite element modeling is used for the structure. The finite element modeling uses a combination of three dimensional piezoelectric, flat shell and transition elements so thus it can take into account the coupling effects of the piezoelectric device precisely and it can also reduce the degrees of freedom of the finite element model. Electric potential on the piezoelectric actuator is taken as a design variable and total radiated power of the structure is chosen as an objective function. The objective function can be represented as Rayleigh's integral equation and is a function of normal displacements of the structure. For the convenience of computation, all degrees of freedom of the finite element equation is condensed out except the normal displacements of the structure. To perform the design sensitivity analysis, the derivative of the objective function with respect to the normal displacements is found, and the derivative of the norma displacements with respect to the design variable is calculated from the finite element equation by using so called the adjoint variable method. The analysis results are compared with those of the finite difference method, and shows a good agreement. This sensitivity analysis is faster and more accurate than the finite difference method. Once the sensitivity analysis program is used for gradient-based optimizations, one could achieve a better convergence rate than non-derivative methods for optimal design of piezoelectric smart structures.
In this work, a stabilized characteristic finite volume method for the time-dependent Navier-Stokes equations is investigated based on the lowest equal-order finite element pair. The temporal differentiation and advection term are dealt with by characteristic scheme. Stability of the numerical solution is derived under some regularity assumptions. Optimal error estimates of the velocity and pressure are obtained by using the relationship between the finite volume and finite element methods.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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