In this paper, a hybrid/mixed nonlinear shell element is developed in polar coordinate system based on Hellinger/Reissner variational principle and the large-deflection theory of plate. A numerical solution scheme is formulated using the hybrid/mixed finite element method (HMFEM), in which the nodal values of bending moments and the deflection are the unknown discrete parameters. Stability of the present element is studied. The large-deflection analyses are performed for simple supported and clamped circular plates under uniformly distributed and concentrated loads using HMFEM and the traditional displacement finite element method. A parametric study is also conducted in the research. The accuracy of the shell element is investigated using numerical computations. Comparisons of numerical solutions are made with theoretical results, finite element analysis and the available numerical results. Excellent agreements are shown.
Curved beams are more efficient in transfer of loads than straight beams because the transfer is effected by bending, shear and membrane action. The finite element method is a versatile method for solving structural mechanics problems and curved beam problems have been solved using this method by many author. In this study, a new three-noded hybrid-mixed curved beam element is proposed to investigate the in-plane flexural vibration behavior of arches depending on the curvature, aspect ratio and boundary conditions, etc. The proposed element including the effect of shear deformation is based on the Hellinger-Reissner variational principle, and employs the quadratic displacement functions and consistent linear stress functions. The stress parameters are then eliminated from the stationary condition of the variational principle so that the standard stiffness equations are obtained. Several numerical examples confirm the accuracy of the proposed finite element and also show the dynamic behavior of arches with various shapes.
A new efficient hybrid/mixed thin~moderately thick plate bending element with 6-node (HM6-14) is formulated based on the Reissner-Mindlin plate bending theory. The convergence of this element is proved by error estimate theories and verified by patch test respectively. Numerical studies on such an element as HM6-14 demonstrate that it has remarkable convergence, invariability to geometric distorted mesh situations, to axial rotations, and to node positions, and no "locking" phenomenon in thin plate limit. The present element is suitable to many kinds of shape and thin~moderately thick plate bending problems. Further, in comparison with original hybrid/mixed plate bending element HP4, the present element yields an improvement of solutions. Therefore, it is an efficient element and suitable for the development of adaptive multi-field finite element method (FEM).
In this study, an accurate 2-noded hybrid-mixed element for continuous fiber-reinforced laminated beams is newly proposed. The present element including the effect of shear deformation is based on Hellinger-Reissner variational principle, and introduces additional consistent node less degrees for displacement field interpolation in order to enhance the numerical performance. The micromechanical and lamination theory are employed in the finite element description to consider the effects of the laminate stacking sequences, material orthotropy, and fiber volume fraction, etc. The element stiffness matrix can be explicitly derived through the stationary condition and static condensation using Mathematica program. Several numerical examples confirm the accuracy of the present hybrid-mixed element and also show in detail the effects of the continuous fiber volume fraction, stacking sequences and boundary condition on the bending behavior of laminated beams.
This paper employed a systematic analysis using a 2-D hybrid special finite element containing an edge crack in order to describe the fracture behavior of spot-welds in automotive structures. The 2-D hybrid special finite element is derived form a mixed formulation with a complex potential function with the description of the singularity of a stress field. The hybrid special finite element containing an edge crack can give a better description of its singularity with only one hybrid element surrounding one crack. The advantage of this special element is that it can greatly simplify the numerical modeling of the spot welds. Some numerical examples demonstrate the validity and versatility of the present analysis method. The lap-shear, lap-tension and angle-clip specimens are analyzed and some useful fracture parameters such as the stress intensity factor and the initial direction of crack growth are obtained simultaneously.
de Freitas, J.A. Teixeira;de Almeida, J.P. Moitinho;Peraira, E.M.B. Ribeiro
Structural Engineering and Mechanics
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v.4
no.6
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pp.655-678
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1996
The paper reports on alternative hybrid/mixed formulations being developed by the Structural Analysis Research Group of Institute Superior T$\acute{e}$cnico. These formulations open the scope and increase the power of the finite element method by allowing different fields to be independently approximated, within certain consistency criteria, and by enhancing the use of a wide range of approximation functions. They have been applied to the analysis of 2-D problems, laminar structures and solids, using different constitutive relations, both in quasi-static and dynamic regimes. The fundamental properties of the formulations are identified and assessed and their performance is illustrated using simple, linear applications.
A developed hybrid method for crack identification of beams is presented. Based on the Euler-Bernouli beam theory and concepts of fracture mechanics, governing equation of the cracked beams is reformulated. Finite element (FE) method as a powerful numerical tool is used to discritize the equation in space domain. After transferring the equations from time domain to frequency domain, frequencies and mode shapes of the beam are obtained. Efficiency of the governed equation for free vibration analysis of the beams is shown by comparing the results with those available in literature and via ANSYS software. The used equation yields to move the influence of cracks from the stiffness matrix to the mass matrix. For crack identification measured data are produced by applying random error to the calculated frequencies and mode shapes. An objective function is prepared as root mean square error between measured and calculated data. To minimize the function, hybrid genetic algorithms (GAs) and particle swarm optimization (PSO) technique is introduced. Efficiency, Robustness, applicability and usefulness of the mixed optimization numerical tool in conjunction with the finite element method for identification of cracks locations and depths are shown via solving different examples.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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v.5
no.1
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pp.55-78
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2001
Given the anisotropic Poisson equation $-{\nabla}{\cdot}{\mathcal{K}}{\nabla}p=f$, one can convert it into a system of two first order PDEs: the Darcy law for the flux $u=-{\mathcal{K}{\nabla}p$ and conservation of mass ${\nabla}{\cdot}u=f$. A very natural mixed finite volume method for this system is to seek the pressure in the nonconforming P1 space and the Darcy velocity in the lowest order Raviart-Thomas space. The equations for these variables are obtained by integrating the two first order systems over the triangular volumes. In this paper we show that such a method is really a standard finite element method with local recovery of the flux in disguise. As a consequence, we compare two approaches in analyzing finite volume methods (FVM) and shed light on the proper way of analyzing non co-volume type of FVM. Numerical results for Dirichlet and Neumann problems are included.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.16
no.2
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pp.165-172
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2003
In this study, a new and efficient harmonic axisymmetric shell element for static and dynamic analysis Is proposed. The present element considering shear strain is based on a modified mixed variational principle in which the independent unknowns are only the Quantities prescribable at the shell edges. Unlike existing hybrid-mixed axisymmetric shell elements, the present element introduces additional nodeless degrees for displacement field Interpolation In order to enhance the numerical performance. The stress parameters are eliminated by the stationary condition and the nodeless degrees are condensed out by the Guyan reduction. Through several numerical examples, the hybrid-miked shell element with the additional nodeless degrees and the consistent stress parameters is shown to be efficient and yield very accurate results for static and vibration analysis.
Camarri, S.;Salvetti, M.V.;Koobus, B.;Dervieux, A.
Wind and Structures
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v.8
no.6
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pp.407-426
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2005
A hybrid RANS/LES approach, based on the Limited Numerical Scales concept, is applied to the numerical simulation of the flow around a square cylinder. The key feature of this approach is a blending between two eddy-viscosities, one given by the $k-{\varepsilon}$ RANS model and the other by the Smagorinsky LES closure. A mixed finite-element/finite-volume formulation is used for the numerical discretization on unstructured grids. The results obtained with the hybrid approach are compared with those given by RANS and LES simulations for three different grid resolutions; comparisons with experimental data and numerical results in the literature are also provided. It is shown that, if the grid resolution is adequate for LES, the hybrid model recovers the LES accuracy. For coarser grid resolutions, the blending criterion appears to be effective to improve the accuracy of the results with respect to both LES and RANS simulations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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