In this paper, we present a 3D thermo-hydro-mechanical coupled discrete beam lattice model of structure built of the nonisothermal saturated poro-plastic medium subjected to mechanical loads and nonstationary heat transfer conditions. The proposed model is based on Voronoi cell representation of the domain with cohesive links represented as inelastic Timoshenko beam finite elements enhanced with additional kinematics in terms of embedded strong discontinuities in axial and both transverse directions. The enhanced Timoshenko beam finite element is capable of modeling crack formation in mode I, mode II and mode III. Mode I relates to crack opening, mode II relates to in-plane crack sliding, and mode III relates to the out-of-plane shear sliding. The pore fluid flow and heat flow in the proposed model are governed by Darcy's law and Fourier's law for heat conduction, respectively. The pore pressure field and temperature field are approximated with linear tetrahedral finite elements. By exploiting nodal point quadrature rule for numerical integration on tetrahedral finite elements and duality property between Voronoi diagram and Delaunay tetrahedralization, the numerical implementation of the coupling results with additional pore pressure and temperature degrees of freedom placed at each node of a Timoshenko beam finite element. The results of several numerical simulations are presented and discussed.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.16
no.6
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pp.148-159
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1999
A numerical method is presented for the dynamic analysis of spur gears rotating with very high angular speeds. For an efficient computation each gear is assumed to consist of a rotating rigid disk and an elastic tooth having mass, and finite element formulations are used for the equations of motion of the tooth. The geometric constraint is imposed between the rigid disk and the elastic tooth to fix them, and contact condition is imposed between the meshing teeth of the gears. At each iteration of each time step the Lagrange multiplier and contact force are revised by using the constraint error vector, and then the whole equations of motion are time integrated with the given Lagrange multiplier and contact force. For the accurate solution the velocity and acceleration constraints as well as the displacement constraint are satisfied by the monotone reductions of the constraint error vectors. Computing procedures associated with the iterative schemes are explained and numerical simulations are conducted with the spur gears.
This paper describes a numerical method for estimating the elastic moduli of cement paste. The cement paste is modeled as a unit cell which consists of three components: the unhydrated cement grain, the gel, and the capillary pore. In the unit cell, the volume fractions of the constituents are quantified using a single kinetic function calculating the degree of hydration. The elastic moduli of cement paste are calculated from the total displacements of constituents when a uniform pressure is applied to the gel contact area. The cement paste is assumed to be a homogenous isotropic matrix. Numerical simulations were conducted through the finite element analysis of the three-dimensional periodic unit cell. The model predictions are compared with experimental results. The predicted trends are in good agreement with experimental observations. This approach and some of the results might also be relevant for other technical applications.
Numerical simulations based on the ALE finite element method are carried out to examine the aerodynamics of an oscillating circular cylinder when the separated shear flows around the cylinder are stimulated by periodic jet excitation with a shear layer instability frequency. The excitation is applied to the flows from two points on the cylinder surface. The numerical results showed that the excitation with a shear layer instability frequency can reduce the negative damping and thereby stabilize the aerodynamics of the oscillating cylinder. The change of the lift phase seems important in stabilizing the cylinder aerodynamics. The change of lift phase is caused by the merger of the vortices induced by the periodic excitation with a shear layer instability frequency, and the vortex merging comes from the high growth rate, the rapid increase of wave number and decrease of phase velocity for the periodic excitation in the separated shear flows.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1991.04a
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pp.237-242
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1991
Shape rolling has been studied experimentally by many researchers. As large numbers of process variables are involved and the material flow is difficult to analyze in shape rolling, the use of numerical techniques as an engineering tool becomes extremely attractive. The first numerical approach to the three-dimensional plastic deformation of rolling was to investigate side spread in flat rolling. Oh and Kobayashi conducted a pioneering study in this field by applying an extremum principle for rigid, perfectlyplastic materials combined with the numerical computation. Since then, several other researchers have used three-dimensional finite element method for analysing spread in rolling . In this investigation of shaperolling al the computer simulations of shape rolling were conducted using TASKS. To verify the predictive capabilities of TASKS the first example chosen was square-to-round shape rolling
Choi K. I.;Koo B. H.;Cha B. S.;Park H. P.;Rhee B. O.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2005.10a
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pp.269-272
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2005
For the three decades, the mold-filling of injection molding process was modeled as Hele-Shaw model. However, this model can not consider the 3D effect. In this paper, numerical simulations of three dimensional mold-filling during the filling phase were performed. The governing equations were discretized by segregated finite element method, which used equal order interpolation for pressure and velocity fields. The iterative linear equation solver (JCG, SOR) was employed for the solution of the momentum and pressure equations. Volume of Fluid (VOF) was employed for the melt front advancement. To check the validity of the numerical results, the results were compared with the experimental ones. The agreements between the experiment and the numerical results were found to be satisfactory.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.27
no.4_2
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pp.973-980
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2024
Dependence of dynamic fracture path on loading velocity was observed from experimental results based on the three point bending fracture in cast iron. In this study, 3D and 2D numerical simulations are used to evaluate singular stress fields near crack tip and fracture mechanics parameters. Moving finite element technique, 2D and 3D Delauney automatic mesh generation and contact-noncontact evaluation is introduced into the numerical method. Dynamic fracture thoughness is decreased with increase of impact loading velocity. Fracture mode-ratio corresponds to initial kink angle of fracture path. The numerical result shows that the maximum hoop stress criterion cannot be applied to dynamic fracture of cast iron.
Herein, we present the design and development of an efficient finite element analysis model for thermal plate forming in shipbuilding. Double curvature shells in the ship building industries are primarily formed through the thermal forming technique. Thermal forming involves heating of steel plates using heat sources like oxy-acetylene gas torch, laser, and induction heating, etc. The differential expansion and contraction across the plate thickness cause plastic deformation and bending of plates. Thermal forming is a complex forming technique as the plastic deformation and bending depends on many factors such as peak temperature, heating and cooling rate, depth of heated zone and many other secondary factors. In this work, we develop an efficient finite element analysis model for the thermo-mechanical analysis of thermal forming. Different simulations are reported to study the effect of various parameters affecting the process. Temperature dependent properties are used in the analysis and the finite element analysis model is used to identify the critical flame velocity to avoid recrystallization of plate material. A spring connected plate is modeled for structural analysis using spring elements and that helps in identifying the resultant shapes of various thermal forming patterns. Finally, detailed simulation results are reported to establish the efficacy, applicability and efficiency of the designed and developed finite element analysis model.
The objective of the present study is to analyze the fluid flow with moving boundary using a finite element method. The algorithm uses a fractional step approach that can be used to solve low-speed flow with large density changes due to intense temperature gradients. The explicit Lax-Wendroff scheme is applied to nonlinear convective terms in the momentum equations to prevent checkerboard pressure oscillations. The ALE (Arbitrary Lagrangian Eulerian) method is adopted for moving grids. The numerical algorithm in the present study is validated for two-dimensional unsteady flow in a driven cavity and a natural convection problem. To extend the present numerical method to engine simulations, a piston-driven intake flow with moving boundary is also simulated. The density, temperature and axial velocity profiles are calculated for the three-dimensional unsteady piston-driven intake flow with density changes due to high inlet fluid temperatures using the present algorithm. The calculated results are in good agreement with other numerical and experimental ones.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2005.06a
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pp.337-340
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2005
The effect of residual stress on fatigue crack growth was investigated in terms of finite element analysis. Simulations were performed on a CT specimen in plane strain. An interface-cohesive element that accounts for damage accumulation due to fatigue along the notch direction has been used. Numerical results show that fatigue crack growth rate slows down when compressive residual stress field exists in front of the crack tip.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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