The collision energy absorbing characteristics of side structure of the LNG carriers which have the cargo containment systems of the spherical and the membrane types are compared. A failure mechanism of the double hull side structures of 130, 000 $m^3$ class LNG carriers under sideways collision event has been simulated by using the detailed finite element calculations. In ship collision analysis, the finite element method based on explicit time integration has been use[1 with much success. Finite element modeling techniques for detail description of structural members antral ship motion regarding the dynamic behavior allowed to investigate the effect of bow shape and the initial contact position on side shell of collided ship. In the numerical simulations of the ship-to-ship sideways collision, the effect of the colliding bow shapes and the change of the colliding ship draft are investigated. The critical collision energy which is absorbed by a side structure of a collided ship until the fore-end of colliding ship arrives at the boundary of the cargo tank is calculated. The critical speed of specified colliding ships which can not penetrate the boundary of the LNG cargo tank of the collided ship under collision accident if evaluated.
Meshfree methods are known to have the capability to overcome the strict regularization requirements and numerical instabilities that encumber the finite element method (FEM) in large deformation problems. They are also more naturally suited for problems involving material perforation and fragmentation. To take advantage of the high efficiency of FEM and high accuracy of meshfree methods, a coupled finite element (FE) and reproducing kernel (RK, one of the meshfree approximations) formulation is described in this paper. The coupling of FE and RK approximation is implemented in an evolutionary fashion, where the extent and location of the evolution is dependent on a triggering criteria provided by the material constitutive laws. To enhance computational efficiency, Gauss quadrature is applied to integrate both FE and RK domains so that no state variable transfer is required when mesh conversion is performed. To control the hourglassing that might occur with 1-point integrated hexahedral grids, viscous type hourglass control is implemented. Meanwhile, the FEM version of the K&C concrete (KCC) model was modified to make it applicable in both FE and RK formulations. Results using this code and the KCC model are shown for the modeling of concrete responses under quasi-static, blast and impact loadings. These analyses demonstrate that fragmentation phenomena of the sort commonly observed under blast and impact loadings of concrete structures was able to be realistically captured by the coupled formulation.
This paper considers the smooth receding contact problem between a homogeneous half-plane and a composite laminate composed of an inhomogeneously coated elastic layer. The inhomogeneity of the elastic modulus of the coating is approximated by an exponential function along the thickness dimension. The three-component structure is pressed together by either a concentrated force or uniform pressures applied at the top surface of the composite laminate. Both semianalytical and finite element analysis are performed to solve for the extent of contact and the contact pressure. In the semianalytical formulation, Fourier integral transformation of governing equations and boundary conditions leads to a singular integral equation of Cauchy-type, which can be numerically integrated by Gauss-Chebyshev quadrature to a desired degree of accuracy. In the finite element modeling, the functionally graded coating is divided into homogeneous sublayers and the shear modulus of each sublayer is assigned at its lower boundary following the predefined exponential variation. In postprocessing, the stresses of any node belonging to sublayer interfaces are averaged over its surrounding elements. The results obtained from the semianalytical analysis are successfully validated against literature results and those of the finite element modeling. Extensive parametric studies suggest the practicability of optimizing the receding contact peak stress and the extent of contact in multilayered structures by the introduction of functionally graded coatings.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.6
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pp.1465-1477
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1993
Powder Injection Molding(PM) is an advanced and complicated technology for manufacturing ceramic or metal products making use of a conventional injection molding process, which is generally used for plastic products. Among many technologies involved in the successful PIM, injection molding process is one of the key steps to form a desired shape out of powder/binder mixtures. Thus, it is of great importance to have a numerical tool to predict the powder injection molding filling process. In this regard, a finite element analysis system has been developed for numerical simulations of filling process of powder injection molding. Powder/polymer mixtures during the filling pro cess of injection molding can be rheologically characterized as Non-Newtonian fluids with a so called yield phenomena and have a peculiar feature of apparent slip phenomena on the wall boundaries surrounding mold cavity. Therefore, in the present study, a physical modeling of the filling process of powder/polymer mixtures was developed to take into account both the yield stress and slip phenomena and a finite element formulation was developed accordingly. The numerical analysis scheme for filling simulation is accomplished by combining a finite element method with control volume technique to simulate the movement of flow front and a finite difference method to calculate the temperature distribution. The present study presents the modeling, numerical scheme and some numerical analysis results showing the effect of the yield stress and slip phenomena.
In this paper, reliability-based design optimization (RBDO) of structures is addressed. For this purpose, the global search and optimization capabilities of genetic algorithm (GA) are combined with the efficiency and reasonable accuracy of an advanced moment-based finite element reliability method. For performing RBDO, three variants of GA including a real-coded, a binary-coded and an improved binary-coded GA are developed. In these methods, GA performs (finite element) reliability analyses to evaluate reliability constraints. For truss structures which include finite element modeling, reliability constraints are evaluated using finite element reliability analysis. Response sensitivity required for finite element reliability analysis is obtained by direct differentiation method (DDM) rather than finite difference method (FDM). The proposed methods are examined within four standard test examples and real-world design problems. The results illustrate the superiority and efficiency of the improved binary-coded GA. Results also illustrate that DDM significantly reduces the computational cost and improves the efficiency of the optimization procedure.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.12
no.4_1
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pp.1-8
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1992
This paper presents a p-version finite element approach for modeling the stress distribution around a circular hole in a finite strip subjected to membrane and flexural behaviors. Also, same problem with a crack emanating from a perforated tension strip was solved by virtual crack extension method. The p-version of the finite element method based on integrals of Legendre polynomials is shown to perform very well for modeling geometries with very steep stress gradients in the vicinity of a circular cutout. Here, the transfinite mapping technique for circular boundaries was used to avoid the discretization errors. The numerical results from the proposed scheme have a good comparison with those by Nisida, Howland, Newman etc. and the conventional finite element approach.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.30
no.12
s.255
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pp.1518-1525
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2006
Finite element analyses of structures made of the fiber reinforced composites require an adequate method to characterize the high anisotropic behavior induced by one or several layers of fiber cords with different spatial orientation embedded in a rubber matrix. This paper newly proposes a continuum based rebar element considering change of the orientation of the fiber during deformation of the composite. The mechanical behavior of the embedded fiber is modeled using two-node bar elements in order to consider the relative deformation and spatial orientation of the embedded fiber. For improvement of the analysis accuracy, the load-displacement curve of fiber is applied to the stiffness matrix of fiber. A finite element program is constructed based on the total Lagrangian formulation considering both geometric and material nonlinearity. Finite element analyses of the tensile test are carried out in order to evaluate the validity of the proposed method. Analysis results obtained with the proposed method provides realistic representation of the fiber reinforced rubber composite compared to results of other two models by the Halpin-Tsai equation and a rebar element in ABAQUS/Standard.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.12
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pp.3159-3174
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1994
A simple octree encoding algorithm based on a tetrahedron root has been developed to be used for fully automatic generation of three dimensional finite element meshes. This algorithm starts octree decomposition from a tetrahedron root node instead of a hexahedron root node so that the terminal mode has the same topology as the final tetrahedral mesh. As a result, the terminal octant can be used as a tetrahedral finite element without transforming its topology. In this part(I) of the thesis, an efficient algorithm for the tetrahedron-based octree is proposed. For this development, the following problems have been solved, : (1) an efficient data structure for storing the octree and finite elements, (2) an encoding scheme of a tetrahedral octree, (3) a neighbor finding technique for the tetrahedron-based octree.
In this study, the mechanical joining process for double sheet metals was investigated by using physical modeling method. Process parameters of mechanical joining such as friction coefficient, drawing depth, pouch radius, die radius and material thickness are preliminarily analyzed by finite element method. Referring to the finite element analysis results mechanical joining system is designed on the basis of physical similarities. From the physical modeling test, the effect of process parameters on the deformation for the mechanical joining are experimentally investigated and optimized joining shape that can provide strong joining strength is obtained.
Methodology for finite element analysis of vertebral column and pedicle screw system, which circumvents the tremendous difficulties in geometric, material, and structural modeling, is proposed. The simplification is focused on the modeling of the cancellous bone in vertebral body the intervertebral disc. and the instrumented internal fixation devices. Each proposed modeling technique is justified to result in reasonable accuracy. These methods are believed to be suitable for the development of pedicle screw systems, not only because modeling itself is much simpler. but also because reliable empirical data for disc stiffness may be incorporated with little additional effort, and presumably frequent design change may be easily reflected on the analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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