International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.2
no.1
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pp.78-92
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2001
In this paper, several dynamic systems are modeled using the time domain finite element method. Galerkins' Weak Principle is used to model the general second-order mechanical system, and is applied to a simple pendulum dynamics. Problems caused by approximating the final momentum are also investigated. Extending the research, some dynamic analysis methods are suggested for the hybrid coordinate systems that have both slew and flexible modes. The proposed methods are based on both Extended Hamilton's Principle and Galerkin's Weak Principle. The matrix wave equation is propagated in space domain, satisfying the geometric/natural boundary conditions. As a result, the flexible motion can be obtained compatible with the applied control input. Numerical example is shown to demonstrate the effectiveness of the proposed modeling methods for the hybrid coordinate systems.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2006.05a
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pp.176-180
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2006
When the vibration troubles occur on the ship structure during the sea trial, the rectification work is very restricted because of in-situ limitation. Usually, the finite element method is used to improve vibration characteristics of the structure, but it takes lots of time and effort in modeling the structure and adjusting the finite element model in order to consider appropriate boundary conditions of a complex ship structure. Therefore, experimental methods have been in general suggested to obtain proper countermeasures without time-consuming in modeling. In this paper, FRE(frequency response function) synthesis method is applied to estimate natural frequency of the modified ship structure, which is obtained from experimental and numerical methods.
When approached using nonlinear finite element (FE) techniques, structural analyses generate, for real RC structures, large complex numerical problems. Damage is a major part of concrete behavior, and the discretization technique is critical to limiting the size of the problem. Based on previous work, the ${\mu}$ damage model has been designed to activate the various damage effects correlated with monotonic and cyclic loading, including unilateral effects. Assumptions are formulated to simplify constitutive relationships while still allowing for a correct description of the main nonlinear effects. After presenting classical 2D finite element applications on structural elements, an enhanced simplified FE description including a damage description and based on the use of multi-fiber beam elements is provided. Improvements to this description are introduced both to prevent dependency on mesh size as damage evolves and to take into account specific phenomena (permanent strains and damping, steel-concrete debonding). Applications on RC structures subjected to cyclic loads are discussed, and results lead to justifying the various concepts and assumptions explained.
This paper presents a systematic investigation of the effect of sensor location on the data quality and subsequently, on the effectiveness of machine health monitoring. Based on an analysis of the signal propagation process from the defect location to the sensor, numerical simulations using finite element modeling were conducted on a bearing test bed to determine the signal strength at several representative sensor locations. The results showed that placing sensors closely to the machine component being monitored is critical to achieving high signal-to-noise ratio, thus improving the data quality. Using millimeter-sized piezoceramic plates, the obtained results were evaluated experimentally. A comparison with a set of commercial vibration sensors verified the developed structural dynamics-based sensor placement strategy. It further demonstrated that the proposed shock wave-based sensing technique provided an effective alternative to vibration measurement, while requiring less space for sensor installation.
The thermal buckling temperature values of the graded carbon nanotube reinforced composite shell structure is explored using higher-order mid-plane kinematics and multiscale constituent modeling under two different thermal fields. The critical values of buckling temperature including the effect of in-plane thermal loading are computed numerically by minimizing the final energy expression through a linear isoparametric finite element technique. The governing equation of the multiscale nanocomposite is derived via the variational principle including the geometrical distortion through Green-Lagrange strain. Additionally, the model includes different grading patterns of nanotube through the panel thickness to improve the structural strength. The reliability and accuracy of the developed finite element model are varified by comparison and convergence studies. Finally, the applicability of present developed model was highlight by enlighten several numerical examples for various type shell geometries and design parameters.
The numerical study focuses on the analysis of the structural behavior of concrete beams containing outdated concrete and offers an innovative method of strengthening them using carbon-fiber-reinforced polymer sheets (CFRP). The focus is on modeling and analyzing the performance of aged concrete beams strengthened by CFRP in the flexural direction. This study presents an ultimate load model for CFRP-strengthened RC beams featuring outdated concrete layers. Validation through four-point bending tests and finite element modeling demonstrated the efficacy of the model. Findings indicate that CFRP sheets significantly enhance beam strength, particularly in structures with outdated concrete layers, resulting in increased ultimate load capacity. Moreover, an inverse relationship between ultimate load and concrete layer height was observed, with the CFS-21-15-30 sample exhibiting the most substantial reduction. Validation of the model was achieved using finite element analysis con-ducted in Abaqus software.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2006.04a
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pp.794-801
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2006
The linkage framework of geometric modeling and analysis based on the NURBS technology is developed in this study. The NURBS surfaces are generated by interpolating the given set of data points or by extracting the necessary information to construct the NURBS surface from the IGES format file which is generated by the commercial CAD systems in the present study. Numerical examples shows the rate of displacement convergence according to the paramterization methods of the NURBS surface. NURBS can generate quadric surfaces in an exact manner. It is the one of the advantages of the NURBS. A trimmed NURBS surface that is often encountered in the modeling process of the CAD systems is also presented in the present study. The performance of the developed geometrically exact shell element integrated with the exact geometric representations by the NURBS equation is compared to those of the previous reported FE shell elements in the selected benchmark problems.
A finite element model of a beam element with flexible connections is used to investigate the effect of the randomness in the stiffness values on the modal properties of the structural system. The linear behavior of the connections is described by a set of random fixity factors. The element mass and stiffness matrices are function of these random parameters. The associated eigenvalue problem leads to eigenvalues and eigenvectors which are also random variables. A second order perturbation technique is used for the solution of this random eigenproblem. Closed form expressions for the 1st and 2nd order derivatives of the element matrices with respect to the fixity factors are presented. The mean and the variance of the eigenvalues and vibration modes are obtained in terms of these derivatives. Two numerical examples are presented and the results are validated with those obtained by a Monte-Carlo simulation. It is found that an almost linear statistical relation exists between the eigenproperties and the stiffness of the connections.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2002.04a
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pp.461-469
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2002
This paper deals with a fully coupled piezoelectric-mechanical assumed strain solid element that can be used for geometric and material nonlinear modeling of thin piezoelectric actuators. Since the assumed strain solid element can alleviate locking, the element is suitable for performance analysis of very thin actuators without locking. A finite element code is developed based on the finite element formulation and validated by solving typical numerical examples such as bimorph and unimorph beams. Using thecode, we have conducted performance analysis for LIPCA actuator. The estimated actuation displacement of LIPCA agrees well with experimental data under low prescribed voltage.
Benzaama, A.;Mokhtari, M.;Benzaama, H.;Gouasmi, S.;Tamine, T.
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.5
no.1
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pp.129-139
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2018
The composite materials are widely used in aircraft structures. Their relative rigidity/weight gives them an important advantage over the metal structures. The objective of this work is to analyze by the finite element method the mechanical behavior of composite plate type notched with various forms under tensile load. Two basic parameters were taken into consideration. The first, the form of the notch in order to see its effect on the stress and the failure load. The second, we studied the influence of the locale orientation of fiber around the plate's notch. These parameters are studied in order to see their effects on the distribution stress and failure load of the plate. The calculation of the failure load is determined numerically with the numerical code ABAQUS using the XFEM (extended Finite Element Modeling) based on the fracture mechanics. The result shows clearly that it is important to optimize the effect of fiber orientation around the notch.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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