• Steel and Composite Structures
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• 제23권6호
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• pp.683-690
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• 2017

In the stability and sensitivity design and diagnosis approaches, there are various methodologies available. Bond graph modeling by lumping technique is one of the universal methodologies in methodical analysis used by many researchers in all over the world. The accuracy of the method is validated in different arenas. Bond graphs are a concise, pictorial representation of the energy storage, dissipation and exchange mechanisms of interacting dynamic systems, subsystems and components. This paper proposes a bond graph modeling for distributed parameter systems using lumping techniques. Therefore, a steel frame structure was modeled to analyze employing bond graph modeling of distributed system using lumping technique. In the analytical part, the effectiveness of bond graphs to model this system is demonstrated. The dynamic responses of the system were computed and compared with those computed from the finite element analysis. The calculated maximum deflection time histories were found to be comparable. The sensitivity and the stability of the steel frame structure was also studied in different aspects. Thus, the proposed methodology, with its simplicity, can be used for stability and sensitivity analyses as alternative to finite element method for steel structures. The major value brought in the practical design is the simplicity of the proposed method for steel structures.

• Journal of Welding and Joining
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• 제11권3호
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• pp.34-47
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• 1993

용접에서 발생하는 열응력 및 잔류응력을 해석하기 위한 유한요소용 모델을 개발하였다. 여러 가 지 변수의 연구를 통하여 Ramp heat input function과 Lumped모델을 제시하였다. 용접부에 열입 력을 점차적으로 주기 위하여 Ramp heat input을 이용하였으며 Ramp input을 통하여 이차원 모 델에서의 이동열원의 영향을 고려하였고 실험치와 비교에서 최적 ramp시간을 결정하였다. 다층용 접에서는 용접 pass 에 비례하여 계산시간이 증가한다. 따라서 후판용접의 잔류응력계산에는 막 대한 계산시간이 필요하며 이를 줄이기 위하여 Lumped 모델을 개발하였다. 이 Lumped모델에서 는 각 용접층에 들어있는 용접 pass들을 하나의 lumped pass으로 이용하였으며 각 pass를 따로 계산한 모델 및 시험치와의 비교를 통하여 최적 lumped technique을 제시하였다. *****Finite element models were developed for thermal and residual stress analysis for the specific welding problems. They were used to evaluate the effectiveness of the various welding heat input models, such as ramp heat input function and lumped pass models. Through the parametric studies, thermal-mechanical modeling sensitivity to the ramp function and lumping techniques was determined by comparing the predicted results with experimental data. The kinetics for residual stress formation during welding can be developed by iteration of various proposed mechanisms in the parametric study. A ramp heat input function was developed to gradually apply the heat flux with variable amplitude to the model. This model was used to avoid numerical convergence problems due to an instantaneous increase in temperature near the fusion zone. Additionally, it enables the model to include the effect of a moving arc in a two-dimensional plane. The ramp function takes into account the variation in the out of plane energy flow in a 2-D model as the arc approaches, travels across, and departs from each plane under investigation. A lumped pass model was developed to reduce the computation cost in the analysis of multipass welds. Several weld passes were assumed as one lumped pass in this model. Recommendations were provided about ramp lumping techniques and the optimum number of weld passes that can be combined into a single thermal input.

• Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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• 제20권3호
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• pp.243-259
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• 2016

The Richards equation for water movement in unsaturated soil is highly nonlinear partial differential equations which are not solvable analytically unless unrealistic and oversimplifying assumptions are made regarding the attributes, dynamics, and properties of the physical systems. Therefore, conventionally, numerical solutions are the only feasible procedures to model flow in partially saturated porous media. The standard Finite element numerical technique is usually coupled with an Euler time discretizations scheme. Except for the fully explicit forward method, any other Euler time-marching algorithm generates nonlinear algebraic equations which should be solved using iterative procedures such as Newton and Picard iterations. In this study, lumped mass and distributed mass in the frame of Picard and Newton iterative techniques were evaluated to determine the most efficient method to solve the Richards equation with finite element model. The accuracy and computational efficiency of the scheme and of the Picard and Newton models are assessed for three test problems simulating one-dimensional flow processes in unsaturated porous media. Results demonstrated that, the conventional mass distributed finite element method suffers from numerical oscillations at the wetting front, especially for very dry initial conditions. Even though small mesh sizes are applied for all the test problems, it is shown that the traditional mass-distributed scheme can still generate an incorrect response due to the highly nonlinear properties of water flow in unsaturated soil and cause numerical oscillation. On the other hand, non oscillatory solutions are obtained and non-physics solutions for these problems are evaded by using the mass-lumped finite element method.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제17권1호
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• pp.75-82
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• 2004

본 논문에서는 응력파 전파를 수치모의할 때 발생하는 수치적인 분산효과를 제거하기 위해 파동방정식에 기초한 일차원 유한요소모형을 이용하여 수치분산오차의 특성을 분석하고 분산오차를 제어할 수 있는 방법을 제안하였다. 질량행렬을 그대로 사용하는 경우와 집중질량행렬을 사용하는 경우에 대한 수치분산오차를 분석하였다. 개발된 분산제어기법은 공간미분항의 시간단계 가중치 및 질량집중도를 조정하는 음해법과 인위적인 분산항을 추가하는 양해법의 두가지 방법이다. 제안된 분산보정기법을 이용하여 계산한 수치해와 파동방정식의 해석해를 비교한 결과 본 연구에서 제안한 분산보정기법의 타당성을 확인하였다.

• 한국토양환경학회지
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• 제1권1호
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• pp.89-102
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• 1996

지하의 유체 유동 및 물질 변환을 해석하기 위하여 다중다상이론을 이용한 통합 모형을 개발하였다 종합적 지배식은 4개의 상내의 화합물들의 물질 및 힘평형 관계를 고려하여 유도되었다. 복합한 이동 및 변환 현상을 설명하고, 공간적 차원을 변동적으로 나타내기 위하여 관계된 모든 변수 및 식들을 함축적이면서 조직적으로 표현하였다. 도출된 비선형시스템은 다차원 유한요소프로_I램으로서 해를 구하였다. 본 개발된 프로그램은 역동적으로 메모리 용량을 조절하여 일이삼차원 문제를 PC부터 SP2슈퍼컴퓨터까지 여러 종류의 기종에서 해석할 수 있다. 계산시간과 저장용량을 줄이기 위하여 시스템식을 분리시키고, 슈퍼컴의 벡터 및 병렬처리를 이용하여 띠행렬의 해를 구하였다. 유속이 우세한 경우의 수치해석상의 불안정한 문제를 해결하기 위하여 상류가중, 질량묶음, 요소별 파라미터 평가법 등을 적용하였다. 일차원 이동문제에 대하여 유한요소법과 유한차분법의 수치해의 안정성 조건을 검토하였다. 구체적인 지하수 유동 및 오염문제에 대한 모델링 예는 본 논문집의 연계 논문에 수록하였다.