In this article, an optimal control problem associated with convection-diffusion equation is considered. Using Lagrange multiplier, the optimality system is obtained. The derived optimal system becomes coupled, non-symmetric partial differential equations. For discretizations and implementations, the finite element multigrid V-cycle is employed. The convergence analysis of finite element multigrid methods for the derived optimal system is shown. Some numerical simulations are performed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.28
no.12
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pp.1974-1981
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2004
This paper is concerned with the numerical investigation of the transfer characteristics of the landing impact force exerted on court sport shoes to the sport surface condition. The reaction force occurred by the impact between court sport shoes and sport surface is absorbed by shoes to some extent, but the remaining impact force is to transfer the human body from the sole of a foot. We consider four surface conditions, asphalt, urethane, clay and wood court surfaces. For the dynamic response analysis, we construct a coupled leg-shoes FEM model and create the multi-layered composite surface model. The numerical simulations are performed by an explicit nonlinear finite element method. Through the numerical experiments, we examine the transfer characteristics of the landing impact force to the surface condition.
This paper investigates the load sharing of double circular arc helical gears considering the influence of assembly errors. Based on a load sharing formulae, a three-dimensional finite element tooth contact analysis (TCA) is implemented with commercial software package ANSYS. The finite element grid for the double circular arc gear contact model is automatically generated by using the APDL (ANSYS Parameter Design Language) embedded in ANSYS. The realistic rotation of gears is achieved by using a coupling degree-of-freedom method. Numerical simulations are carried out to exemplify the proposed approach. The distribution of contact stress and bending stress under specific loading conditions are computed and compared with those obtained from Hertz contact theory and empirical formulae to demonstrate the efficiency of the proposed load sharing calculation formulae and TCA approach.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.20
no.1
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pp.67-73
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2011
In this study, the manufacturing technology of a folding blind rivet was developed through finite element analysis(FEA). Numerical simulations of the folding blind rivet used to join two components have been performed with the finite element method for the forging process design. To minimize the process and manufacture the folding blind rivet without defects, a variety of design rules were proposed. From the results of FEA applied process design rules, an optimal six-stage process was proposed. The finite element simulation results such as shape of the forged rivet, strain distribution and forging load were investigated for the usefulness of the forging process of the blind rivet. In addition, the experiments have been implemented and their results were compared to the analytic results.
Kim, Young-In;Kim, Jong-Hun;Jeoung, Young-Chul;Kim, Nak-Soo
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.9
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pp.1451-1456
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2003
In code roll forming processes, the sheet metal strip is gradually and successively bent into a desired profile. Occurrence of buckling is one of the major defects. Buckling may occur due to longitudinal stress and it is difficult to predict buckling behavior. In this study an analytical method for buckling behavior during roll forming is proposed. All numerical simulations are performed by finite element analysis. The behavior of buckling can be predicted with the simulation modeling of the finite element method.
Modeling and analyzing the dynamic behavior of fluid-soil-structure interaction problems are crucial in structural engineering. The solution to such coupled engineering systems is often not achievable through analytical modeling alone, and a numerical solution is necessary. Generally, the Finite Element Method (FEM) is commonly used to address such problems. However, when dealing with coupled problems with complex geometry, the finite element method may not precisely represent the geometry, leading to errors that impact solution quality. Recently, Isogeometric Analysis (IGA) has emerged as a preferred method for modeling and analyzing complex systems. In this study, IGA based on Non-Uniform Rational B-Splines (NURBS) is employed to analyze the seismic behavior of concrete gravity dams, considering fluid-structure-foundation interaction. The performance of IGA is then compared with the classical finite element solution. The computational efficiency of IGA is demonstrated through case studies involving simulations of the reservoir-foundation-dam system under seismic loading.
The dynamic response of two-dimensional unbounded domain on the rigid bedrock in the time domain is numerically obtained. It is realized by the modified scaled boundary finite element method (SBFEM) in which the original scaling center is replaced by a scaling line. The formulation bases on expanding dynamic stiffness by using the continued fraction approach. The solution converges rapidly over the whole time range along with the order of the continued fraction increases. In addition, the method is suitable for large scale systems. The numerical method is employed which is a combination of the time domain SBFEM for far field and the finite element method used for near field. By using the continued fraction solution and introducing auxiliary variables, the equation of motion of unbounded domain is built. Applying the spectral shifting technique, the virtual modes of motion equation are eliminated. Standard procedure in structural dynamic is directly applicable for time domain problem. Since the coefficient matrixes of equation are banded and symmetric, the equation can be solved efficiently by using the direct time domain integration method. Numerical examples demonstrate the increased robustness, accuracy and superiority of the proposed method. The suitability of proposed method for time domain simulations of complex systems is also demonstrated.
Perfobond rib connectors are widely used in composite structures to achieve the composite action between the steel and the concrete, and empirical expressions for their strength and secant stiffness have been obtained by numerical simulations or push-out tests. Since perfobond connections are generally in an elastic state in the service process and the structural analysis are always based on the elastic properties of the members, the secant stiffness is not applicable for the normal structural analysis. However, the tangent stiffness of perfobond connections has not been introduced in previous studies. Moreover, the perfobond connections are bearing tension and shear force simultaneously when the composite beams subjected to torque or local loads, but the current studies fail to arrive at the elastic stiffness considering the combined effects. To resolve these discrepancies, this paper investigates the initial elastic stiffness of perfobond connections under combined forces. The calculation method for the elastic stiffness of perfobond connections is analyzed, and the contributions of the perfobond rib, the perforating rebar and the concrete dowel are investigated. A finite element method was verified with a high value of correlation for the test results. Afterwards, parametric studies are carried out using the reliable finite element analysis to explore the trends of several factors. Empirical equations for predicting the initial elastic stiffness of perfobond connections are proposed by the numerical regression of the data extracted by parametric studies. The equations agree well with finite element analysis and test results, which indicates that the proposed empirical equations reflect a high accuracy for predicting the initial elastic stiffness of perfobond connections.
Frank, Timothy E.;Lepech, Michael D.;Billington, Sarah L.
Computers and Concrete
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v.22
no.3
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pp.305-317
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2018
Steel reinforced Engineered Cementitious Composite (ECC) components have been proposed for seismic structural applications, for example in coupling beams, infill panels, joints, columns, and flexural members. The development of strain in the steel reinforcement of cementitious components has been shown to vary based on both the steel reinforcement ratio and the applied deformation history. Strain in the steel reinforcement of reinforced ECC components is an important structural response metric because ultimate failure is often by fracture of the steel reinforcement. A recently proposed bond-slip model has been successfully calibrated to cyclically tested reinforced ECC beams wherein the deformation history contained monotonically increasing cycles. This paper reports simulations of two-dimensional finite element models of reinforced ECC beams to determine the appropriateness and significance of altering a phenomenological bond-slip model based on the applied deformation history. The numerical simulations with various values of post-peak bond-slip softening stiffness are compared to experimental results. Varying the post-peak bond-slip softening stiffness had little effect on the cracking patterns and hysteretic response of the reinforced ECC flexural models tested, which consisted of two different steel reinforcement ratios subjected to two different deformation histories. Varying the post-peak bond-slip softening stiffness did, however, affect the magnitude of strain and the length of reinforcing bar that strain-hardened. Overall, a numerical model with a constant bond-slip model represented well various responses in reinforced ECC beams with multiple steel reinforcement ratios subjected to different deformation histories.
This paper discusses a new formulation for the failure strain in the average stress triaxiaility domain for a low-temperature high-strength steel (EH36). The new formula available at a low average stress triaxiality zone is proposed based on the comparison of two results from tensile tests of flat type specimens and their numerical simulations. In order to confirm the validity of the failure strain formulation, a user-subroutine was developed using Abaqus/Explicit, which is known to be one of the most popular commercial finite element analysis codes. Numerical fracture simulations with the user-subroutine were conducted for all the tensile tests. A comparison of the engineering stress-strain curves and engineering failure strain obtained from the numerical simulation with the user-subroutine for the tensile tests revealed that the newly developed user-subroutine effectively predicts the initiation of failure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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