The formation of TiC and $Al_2O_3$ particles based on the self-combustion reaction of the $Al-TiO_2-C-CuO$ system in an Al alloy melt was investigated. With an adequate amount of CuO in the system, a spontaneous reaction occurred within the Al alloy melt at $850^{\circ}C$ and thereafter was self-maintained, producing an Al matrix composite reinforced with thermodynamically stable TiC and $Al_2O_3$ particles. TiC and $Al_2O_3$ particles contributed to a considerable increase in the strength and stiffness, demonstrating the feasibility of this method as a practical application for structural parts.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.4
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pp.941-949
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1995
An efficient method based on analytic solutions is applied to solve anti-plane Mode III crack problems. The analytic technique developed earlier by the present authors for Laplace's equation in a simply-connected region is now extended to general Mode III crack problems. Unlike typical numerical methods which require fine meshing near crack tips, the present method divides the cracked bodies, typically non-convex or multiply-connected, into only a few super elements. In each super element, an element stiffness matrix, relating the series coefficients of the traction and displacement, is first formed. Then an assembly algorithm similar to that used in the finite elements, is first formed. Then an assembly algorithm similar to that used in the finite elements, is developed. A big advantage of the present method is that only the boundary conditions are to be satisfied in the solution procedure due to the use of analytic solutions. Several numerical results demonstrate the efficiency and accuracy of the present method.
When a structure is constructed at the site composed of soil, the behavior of a structure is much affected by the characteristics of soil. Therefore, the effect of soil-structure interaction is an important consideration in the design of a structure at the site composed of soil. Precise analysis of soil-structure interaction requires a proper description of soil profile. However, most of approaches are nearly unpractical for soil exhibiting material discontinuity and complex geometry since those cannot consider precisely complicated soil profiles. To overcome these difficulties, an improved integration method is adopted and enables to integrate easily over an element with material discontinuity. As a result the mesh can be generated rapidly and highly structured, leading to regular and precise stiffness matrix. The influence of soil profile on the response is examined by the presented method. It is seen that the presented method can be easily used on soil-structure interaction problems with complicated soil profile and produce reliable results regardless of material discontinuities.
Structural design is usually an optimization process. Numerous parameters such as the member shapes and sizes, the elasticity modulus of material, the locations of nodes and the support constraints can be selected as design variables. These variables are progressively revised in order to obtain a satisfactory structure. Each modification requires a fresh analysis for the displacements and stresses, and reanalysis can be employed to reduce the computational cost. This paper is focused on static reanalysis problem with modification of deleting some supports. An efficient reanalysis method is proposed. The method makes full use of the initial information and preserves the ease of implementation. Numerical examples show that the calculated results of the proposed method are the identical as those of the direct analysis, while the computational time is remarkably reduced.
A partly implicit/quasi-explicit method is introduced for the solution of detailed chemical kinetics with stiff source terms based on the standard fourth-order Runge-Kutta scheme. Present method solves implicitly only the stiff reaction rate equations, whereas the others explicitly. The stiff equations are selected based on the survey of the chemical Jaconian matrix and its Eigenvalues. As an application of the present method constant pressure combustion was analyzed by a detailed mechanism of hydrogen-air combustion with NOx chemistry. The sensitivity analysis reveals that only the 4 species in NOx chemistry has strong stiffness and should be solved implicitly among the 13 species. The implicit solution of the 4 species successfully predicts the entire process with same accuracy and efficiency at half the price.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1999.10a
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pp.395-402
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1999
This paper discusses the theoretical researches subject to elastic buckling problems of the structures. The purpose is to ensure the characteristic of buckling be true by arc-length method and the finite element method. The difficulties in processes calculating the equilibrium curve after buckling is to get the equilibrium owe near singular point at which the determinant of stiffness matrix is zero. The purpose of the load-displacement curve is to determine the buckling load of the structure, and further to get the information about the characteristic after buckling. Here, this paper expresses the incremental solution at particular point by the linear combination of both homogeneous mode and particular mode, then uses the method which gets the unknown parameter including this function, through trial-and-error method including modified N-R convergence process. Finally, this paper describes the multiple bifurcation of truss dome as the numerical examples according to this algorithm.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2002.04a
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pp.369-376
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2002
The stochastic analysis of semi-infinite domain is presented using the weighted integral method, which is improved to include the higher order terms in expanding the displacement vector. To improve the weighted integral method, the Lagrangian remainder is taken into account in the expansion of the status variable with respect to the mean value of the random variables. In the resulting formulae only the 'proportionality coefficients' are introduced in the resulting equation, therefore no additional computation time and memory requirement is needed. The equations are applied in analyzing the semi-infinite domain. The results obtained by the improved weighted integral method are reasonable and are in good agreement with those of the Monte Carlo simulation. To model the semi-infinite domain, the Bettess's infinite element is adopted, where the theoretical decomposition of the strain-displacement matrix to calculate the deviatoric stiffness of the semi-infinite domains is introduced. The calculated value of mean and the covariance of the displacement are revealed to be larger than those given by the finite domain assumptions which is thought to be rational and should be considered in the design of structures on semi-infinite domains.
Korean Journal of Computational Design and Engineering
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v.8
no.2
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pp.109-114
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2003
In order to develop the reduced tire modal model for analyzing a full tire model, the Craig-Bampton method is utilized in this paper. When the tire contacts the road, the Abaqus solver extracts the condensed stiffness, coupled mass and mode shape matrix about the node, which contacts the road. The Abaqus full tire model is reduced using the substructure method utilizing Craig-Bampton algorithm. Then, the extracted matrices are interfaced with the superelement, which is fed to the Nastran reduction algorithm. Eventually, the reduced tire model is verified from experiment and various reduction parameters (i.e. modal number, reduction point, etc.) are studied for the effectiveness of the proposed paper.
Minh-Ngoc Nguyen;Wonsik Jung;Soomi Shin;Joowon Kang;Dongkyu Lee
Steel and Composite Structures
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v.47
no.3
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pp.365-374
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2023
This paper presents a new scheme for constructing locking-free finite elements in thick and thin plates, called Discrete Shear Gap element (DSG), using multiphase material topology optimization for triangular elements of Reissner-Mindlin plates. Besides, common methods are also presented in this article, such as quadrilateral element (Q4) and reduced integration method. Moreover, when the plate gets too thin, the transverse shear-locking problem arises. To avoid that phenomenon, the stabilized discrete shear gap technique is utilized in the DSG3 system stiffness matrix formulation. The accuracy and efficiency of DSG are demonstrated by the numerical examples, and many superior properties are presented, such as being a strong competitor to the common kind of Q4 elements in the static topology optimization and its computed results are confirmed against those derived from the three-node triangular element, and other existing solutions.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.16
no.4
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pp.439-450
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2003
Flat plate system has been adopted in many buildings constructed recently because of the advantage of reduced floor heights to meet the economical and architectural demands. Structural engineers commonly use the effective beam width model(EBWM) in practical engineering for the analysis of flat plate structures. However, in many cases, when it is difficult to use the EBWM, it is necessary to use a refined finite element model for an accurate analysis. But it would take significant amount of computational time and memory if the entire building structure was subdivided with finer meshes. An efficient analytical method is proposed in this study to obtain accurate results in significantly reduced computational time. The proposed method employs super elements developed using the matrix condensation technique and fictitious beams are used in the development of super elements to enforce the compatibility at the interfaces of super elements. The stiffness degradation of flat plate system considered in the EBWM was taken into account by reducing the elastic modulus of floor slabs in this study. Static and dynamic analyses of example structures were performed and the efficiency and accuracy of the proposed method were verified by comparing the results with those of the refined finite element model and the EBWM.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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