A flame deflector prevents a launch system from thermal damage by deflecting the exhaust flame of the launch vehicle. During the deflection of the flame, the flame deflector is subjected to a high-temperature and high-pressure flow, which results in thermal ablation damage at the surface. Predicting this ablation damage is an essential requirement to ensure a reliable design. This paper introduces a numerical method for predicting the ablation damage phenomena based on a one-way fluid-structure interaction (FSI) analysis. In the proposed procedure, the temperature and convective heat transfer coefficient of the exhaust flame are calculated using a fluid dynamics analysis, and then the ablation is calculated using a finite element analysis (FEA) based on the user-subroutine UMESHMOTION and Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) adaptive mesh technique in ABAQUS. The result of such an analysis was verified by comparison to the ablation test result for a flame deflector.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.8
no.1
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pp.60-66
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1999
This study is to develop design sensitivity analysis method based on continuum theory for the actual buckling load of vehicle passenger compartment with respect to sizing design variables. For nonlinear structural analysis, both geometric and material nonlinear effects are considered. The total Lagrangian formulation for incremental equilibrium analysis and one-point linear eigenvalue problem for buckling analysis are utilized. Numerical methods are presented to evaluate design sensitivity expressions, using structural analysis results from FEM code. Optical design of vehicle passenger compartment with buckling constraint solved using Gradient projection method.
The work presented here focuses on the development of suitable discretised formulations, for large-displacement shape and non-shape design sensitivity analysis (DSA), which enable the straightforward incorporation of structural optimisation into established finite element analysis (FEA) codes. For the generalised displacement-based functional the design sensitivity vector has been expressed in terms of displacement sensitivity. The Total Lagrangian formulation is utilised for modelling of large deformation of truss structures. The variational formulation of the sensitivity analysis procedure is discretised by using "pseudo" - finite elements, Results are presented for the sensitivity analysis and optimisation of standard truss structures. For the purposes of this work, the analysis and optimisation procedures outlined below are incorporated into the FEA code ABAQUS.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.21
no.11
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pp.1912-1920
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1997
In the analysis of metal forming process, ALE(Arbitrary Lagrangian Eulerian) finite element methods have been increasingly used for the capability to control mesh independently from material flow. The methods can be divided into two groups i.e., coupled and split formulations. In the present work, the split ALE formulation is used for computational efficiency. A split ALE finite element method developed for rigid-viscoplastic materials and applied to the analysis of hot square die extrusion. Since thermal state greatly affects the product quality, an ALE scheme for temperature analysis is also presented. As computational examples, profile shapes as square and cross-like sections are chosen.
Barari, Amin;Bayat, Mehdi;Saadati, Meysam;Ibsen, Lars Bo;Vabbersgaard, Lars Andersen
Geomechanics and Engineering
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v.8
no.2
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pp.257-282
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2015
In this study, the authors present a coupled fluid-structures-seabed interaction analysis of a monopile type of wind turbine foundations in liquefiable soils. A two dimensional analysis is performed with a nonlinear stiffness degradation model incorporated in the finite difference program Fast Lagrangian Analysis of Continua (FLAC), which captured the fundamental mechanisms of the monopiles in saturated granular soil. The effects of inertia and the kinematic flow of soil are investigated separately, to highlight the importance of considering the combined effect of these phenomena on the seismic design of offshore monopiles. Different seismic loads, such as those experienced in the Kobe, Santa Cruz, Loma Prieta, Kocaeli, and Morgan Hill earthquakes, are analyzed. The pore water pressure development, relative displacements, soil skeleton deformation and monopile bending moment are obtained for different predominant frequencies and peak accelerations. The findings are verified with results in the liter.
Zaid, Mohammad;Sadique, Md. Rehan;Alam, M. Masroor;Samanta, Manojit
Geomechanics and Engineering
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v.23
no.3
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pp.245-259
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2020
Tunnels have become an indispensable part of metro cities. Blast resistance design of tunnel has attracted the attention of researchers due to numerous implosion event. Present paper deals with the non-linear finite element analysis of rock tunnel having shear zone subjected to internal blast loading. Abaqus Explicit schemes in finite element has been used for the simulation of internal blast event. Structural discontinuity i.e., shear zone has been assumed passing the tunnel cross-section in the vertical direction and consist of Highly Weathered Granite medium surrounding the tunnel. Mohr-Coulomb constitutive material model has been considered for modelling the Highly Weathered Granite and the shear zone material. Concrete Damage Plasticity (CDP), Johnson-Cook (J-C), Jones-Wilkins-Lee (JWL) equation of state models are used for concrete, steel reinforcement and Trinitrotoluene (TNT) simulation respectively. The Coupled-Eulerian-Lagrangian (CEL) method of modelling for TNT explosive and air inside the tunnel has been adopted in this study. The CEL method incorporates the large deformations for which the traditional finite element analysis cannot be used. Shear zone orientations of 0°, 15°, 30°, 45°, 60°, 75° and 90°, with respect to the tunnel axis are considered to see their effect. It has been concluded that 60° orientation of shear zone presents the most critical situation.
The paper is concerned with the elasto-plastic and geometrically nonlinear analysis of shell structures using an improved degenerated shell element. In the formulation of the element stiffness, the combined use of three different techniques was made. They are; 1) an enhanced interpolation of transverse shear strains in the natural coordinate system to overcome the shear locking problem ; 2) the reduced integration technique in in-plane strains to avoid the membrane locking behavior ; and 3) selective addition of the nonconforming displacement modes to improve the element performances. This element is free of serious shear/membrane locking problems and undesirable compatible/commutable spurious kinematic deformation modes. In the formulation for plastic deformation, the concept of a layered element model is used and the material is assumed von Mises yield criterion. An incremental total Lagrangian formulation is presented which allows the calculation of arbitrarily large displacements and rotations. The resulting non-linear equilibrium equations are solved by the Netwon-Raphson method combined with load or displacement increment. The versatility and accuracy of this improved degenerated shell element are demonstrated by solving several numerical examples.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.13
no.2
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pp.61-71
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1993
The stress waves generated by the mechanical energies by impact or the chemical energies by the explosions are transmitted through medium. The wave propagation process through medium is a very complicated procedure due to the reflections and refractions of the waves at the free surfaces and interfaces. In this study the pressure independent Von-Mises model is employed for the wave propagation analysis in the layered systems. Governing equations of this study are conservation equations of momentum and mass in Lagrangian coordinate system which is fixed to the material. Due to the shock-front which violates the continuity assumptions inherent in the differential equations numerical artificial viscosity is used to spread the shock front over several computational zones. These equations are solved by Finite Difference Method with discretized time and space coordinates. The associate normality flow rule as a plastic theory is implemented to find the plastic strains.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.29
no.4
s.235
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pp.534-539
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2005
Nodal displacements are referred to the initial configuration in the total Lagrangian formulation and to the last converged configuration in the updated Lagrangian furmulation. This research proposes a relative nodal displacement method to represent the position and orientation for a node in truss structures. Since the proposed method measures the relative nodal displacements relative to its adjacent nodal reference frame, they are still small for a truss structure undergoing large deformations for the small size elements. As a consequence, element formulations developed under the small deformation assumption are still valid for structures undergoing large deformations, which significantly simplifies the equations of equilibrium. A structural system is represented by a graph to systematically develop the governing equations of equilibrium for general systems. A node and an element are represented by a node and an edge in graph representation, respectively. Closed loops are opened to form a spanning tree by cutting edges. Two computational sequences are defined in the graph representation. One is the forward path sequence that is used to recover the Cartesian nodal displacements from relative nodal displacement sand traverses a graph from the base node towards the terminal nodes. The other is the backward path sequence that is used to recover the nodal forces in the relative coordinate system from the known nodal forces in the absolute coordinate system and traverses from the terminal nodes towards the base node. One open loop and one closed loop structure undergoing large deformations are analyzed to demonstrate the efficiency and validity of the proposed method.
Kim, Yong-Bae;Yi, Pyong-Kuk;Min, Shin-Hong;Shin, Hyun-Jong
Journal of Pharmaceutical Investigation
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v.6
no.2
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pp.69-82
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1976
Tablet product design problem was structured as constrained optimization problem and subsequently solved by multiple regression analysis and Lagrangian method of optimization. We used Lagrangian method for the purpose of finding the reason of the previous results. Biodiastase and cellulase were the enzymes, chosen, $Avicel{\circledR}$ and corn starch or calcium carboxy methyl cellulose were the binder and disintegrant, respectively. The effect of the dry binder and disintegrant concentration on tablet hardness, friability, volume, disintegration time was recorded. Optimization of this parameter was studied by using the constrained optimization method. In addition to finding a optimal condition of the enzyme tablets, the application of sensitivity analysis studies to such problems was also illustrated. In order to get a stable preparations of the enzyme tablets, accelerated test of coating tablets was carried out in this study. the results are as follows. 1) The minimum disintegration time, such that the average tablet volume did not exceed 0.0154 cubic inch and the average friability value did not exceed 0.62%, was 6.6 minutes and then $Avicel{\circledR}$ and corn starch were 15.4% and 17.2%, respectively. 2) The multiple-correlation coefficients for the regression models of tablet hardness, friability, disintegration time and volume were with in the 95% confidence range. 3) According to the test results, calcium carboxymethyl cellulose can be used as a disintegrant instead of corn starch.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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