Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.27
no.9
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pp.103-110
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2010
This paper presents the optimized approximation of finite element modeling for a complex tool holder spindle using both DOE (Design of Experiment) with Optimal Latin Hypercube (OLH) method and approximation modeling method with Radial Basis Function (RBF) neural network structure. The complex tool holder is used for holding a (milling/drilling) tool of a machine tool. The engineering problem of complex tool holder results from the twisting of spindle of tool holder. For this purpose, we present the optimized approximation of finite element modeling for a complex tool holder spindle using both DOE (Design of Experiment) with Optimal Latin Hypercube (OLH) method (specifically a module of $iSight^{(R)}$ FD-3.1) and approximation modeling method with Radial Basis Function (RBF) (another module of $iSight^{(R)}$ FD-3.1) neural network structure
This study presents a new approach of surrogate modeling for time-consuming finite element analysis. A surrogate model is widely used to reduce the computational cost under an iterative computational analysis. Although a variety of the methods have been widely investigated, there are still difficulties in surrogate modeling from a practical point of view: (1) How to derive optimal design of experiments (i.e., the number of training samples and their locations); and (2) diagnostics of the surrogate model. To overcome these difficulties, we propose a sequential surrogate modeling based on Gaussian process model (GPM) with self-adaptive sampling. The proposed approach not only enables further sampling to make GPM more accurate, but also evaluates the model adequacy within a sequential framework. The applicability of the proposed approach is first demonstrated by using mathematical test functions. Then, it is applied as a substitute of the iterative finite element analysis to Monte Carlo simulation for a response uncertainty analysis under correlated input uncertainties. In all numerical studies, it is successful to build GPM automatically with the minimal user intervention. The proposed approach can be customized for the various response surfaces and help a less experienced user save his/her efforts.
Jhung, Myung Jo;Choi, Young Hwan;Jeong, Kyeong Hoon
Structural Engineering and Mechanics
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v.16
no.6
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pp.655-674
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2003
Investigated in this study are the natural vibration characteristics of the coaxial cylindrical shells coupled with a fluid. Theoretical method is developed to find the natural frequencies of the shell using the finite Fourier series expansion, and their results are compared with those of finite element method to verify the validation of the method developed. The effect of the fluid-filled annulus and the boundary conditions on the modal characteristics of the coaxial shells is investigated using a finite element modeling.
Investigated in this study are the modal characteristics of the eccentric cylindrical shells with fluid-filled annulus. Theoretical method is developed to find the natural frequencies of the shell using the finite Fourier expansion, and their results are compared with those of finite element method to verify the validation of the method developed. The effect of eccentricity on the modal characteristics of the shells is investigated using a finite element modeling.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2007.05a
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pp.383-386
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2007
As the blood flow characteristics have been recognized to be closely related to various cardiovascular diseases, it is very important to predict them accurate enough in an efficient way. Thus, this paper proposes a one-dimensional spectral finite element model for the human blood vessels. The spectral finite element model is formulated in the frequency-domain by using the exact frequency dependent shape functions and applied to an ascending aorta.
In the present work, the elasto-viscoplastic behavior, interactions between grains, and the texture evolution in polycrystalline materials subjected to finite deformations are modeled using a multiscale analysis procedure within a finite element framework. Computational homogenization is used to relate the grain (meso) scale to the macroscale. Specifically, a polycrystal is modeled by a material representative volume element (RVE) consisting of an aggregate of grains, and a periodic distribution of such unit cells is considered to describe material behavior locally on the macroscale. The elastic behavior is defined by a hyperelastic potential, and the viscoplastic response is modeled by a simple power law complemented by a work hardening equation. The finite element framework is based on a Lagrangian formulation, where a kinematic split of the deformation gradient into volume preserving and volumetric parts together with a three-field form of the Hu-Washizu variational principle is adopted to create a stable finite element method. Examples involving simple deformations of an aluminum alloy are modeled to predict inhomogeneous fields on the grain scale, and the macroscopic effective stress-strain curve and texture evolution are compared to those obtained using both upper and lower bound models.
A curved beam is one of the basic and important structural elements in structural design. In this paper, the authors formulated the computational algorithm for analyzing the free vibration of curved beams using the finite element-transfer stiffness coefficient method. The concept of the finite element-transfer stiffness coefficient method is the combination of the modeling technique of the finite element method and the transfer technique of the transfer stiffness coefficient method. And, we confirm the effectiveness the finite element-transfer stiffness coefficient method from the free vibration analysis of two numerical models which are a semicircle beam and a quarter circle beam.
Cracks in rubber bonded to a rigid material such as steel are analyzed with the aid of a mixed finite element technique. Firstly the weak form is derived for finite element analysis of an incompressible material, and the Mooney-Rivlin form is assumed for the constitutive modeling of rubber. The numerical results from finite element analysis is examined to confirm the accuracy and convergence of solution by way of comparison to other numerical results. The interpretation of the J-integral for large elastic deformation as the energy release rate is confirmed, and the J-integral is calculated for varing crack length. The crack growth stability is discussed using the result of finite element analysis.
The finite element method is wide used in simulation in the biomechanical structures, but a lack of studies concerning finite element mesh quality in biomechanics is a reality. The present study intends to analyze the importance of the mesh quality in the finite element model results from humeral structure. A sensitivity analysis of finite element models (FEM) is presented for the humeral bone and cartilage structures. The geometry of bone and cartilage was acquired from CT scan and geometry reconstructed. The study includes 54 models from same bone geometry, with different mesh densities, constructed with tetrahedral linear elements. A finite element simulation representing the glenohumeral-joint reaction force applied on the humerus during $90^{\circ}$ abduction, with external load as the critical condition. Results from the finite element models suggest a mesh with 1.5 mm, 0.8 mm and 0.6 mm as suitable mesh sizes for cortical bone, trabecular bone and humeral cartilage, respectively. Relatively to the higher minimum principal strains are located at the proximal humerus diaphysis, and its highest value is found at the trabecular bone neck. The present study indicates the minimum mesh size in the finite element analyses in humeral structure. The cortical and trabecular bone, as well as cartilage, may not be correctly represented by meshes of the same size. The strain results presented the critical regions during the $90^{\circ}$ abduction.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.9
s.180
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pp.2266-2273
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2000
Equations of motion of a multi-beam system undergoing overall rigid body motion are derived by employing finite element method. An orientation angle is employed to allow the arbitrary orientation o f the beam element. Modal coordinate reduction technique, which has been successfully utilized in the conventional linear modeling method, is employed for the present modeling method to reduce the computational effort. Different from the conventional linear modeling method, the present modeling method captures the motion-induced stiffness variations which are important for the dynamic analysis of structures undergoing overall rigid body motion. The numerical results are compared to those of a commercial program to verify the reliability of the present method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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