A family of the structure-dependent methods seems very promising for time integration since it can simultaneously have desired numerical properties, such as unconditional stability, second-order accuracy, explicit formulation and numerical dissipation. However, an unusual overshoot, which is essentially different from that found by Goudreau and Taylor in the transient response, has been experienced in the steady-state response of a high frequency mode. The root cause of this unusual overshoot is analytically explored and then a remedy is successfully developed to eliminate it. As a result, an improved formulation of this family method can be achieved.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers
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v.33
no.5
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pp.167-172
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1984
This paper describes the finite element analysis of magnetostatic field problems with permanent magnets. Two kinds of algorithms, one using the magnetic vector potential and the other using the magnetic scalar potential, are introduced. The magnetization of the pemanent magnet is used as the source instead of the magnetic equivalent current in both of the formulations using the magnetic vector potential and the magnetic scalar potential. A simple functional, which has only the region integral instead of the region integral and boundary integral, is derived in the formulation using the magnetic scalar potential. These make the formulation of the system equations simpler and more convenient than the conventional methods. The numerical results by the two proposed algorithms for a C-type permanent magnet model are compared with the analytic solutions respectively. The numerical results are in good agreement with the analytic solutions.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.22
no.2
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pp.380-390
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1998
In the present work a finite element formulation using dynamic explicit time integration scheme is used for numerical analysis of auto-body panel stamping processes. The lumping scheme is employed for the diagonal mass matrix and linearizing dynamic formulation. A contact scheme is developed by combining the skew boundary condition and direct trial-and-error method. In this work, for economic analysis the faster punch velocity and the mass scaling method are introduced. To investigate the effects of punch velocity and mass scaling, the various values of punch velocity and the various mass scalings are used for numerical analysis. Computations are carried out for analysis of complicated auto-body panel stamping processes such as forming of an oil pan and a fuel tank.
The reliable prediction of elastic vibrations of wetted complex structures, as ships, tanks, offshore structures, propulsion components etc. represent a theoretical and numerical demanding task due to fluid-structure interaction. The paper presented is addressed to the vibration analysis by a combined FE-BE-procedure based on the added mass concept utilizing a direct boundary integral formulation of the potential fluid problem in interior and exterior domains. The discretization is realized by boundary element collocation method using conventional as well as infinite boundary element formulation with analytical integration scheme. Particular attention is devoted to modelling of interior problems with both several separate or communicating fluid domains as well as thin-walled structures wetted on both sides. To deal with this specific kind of interaction problems so-called "virtual" boundary elements in areas of cut outs are placed to satisfy the kinematical conditions in partial connected fluid domains existing in realistic tank systems. Numerical results of various theoretical and practical examples demonstrate the performance of the BE-methodology presented.
Silveira, Ricardo Azoubel Da Mota;Goncalves, Paulo Batista
Structural Engineering and Mechanics
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v.12
no.1
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pp.35-50
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2001
A numerical methodology is presented in this paper for the geometrically non-linear analysis of slender uni-dimensional structural elements under unilateral contact constraints. The finite element method together with an updated Lagrangian formulation is used to study the structural system. The unilateral constraints are imposed by tensionless supports or foundations. At each load step, in order to obtain the contact regions, the equilibrium equations are linearized and the contact problem is treated directly as a minimisation problem with inequality constraints, resulting in a linear complementarity problem (LCP). After the resulting LCP is solved by Lemke's pivoting algorithm, the contact regions are identified and the Newton-Raphson method is used together with path following methods to obtain the new contact forces and equilibrium configurations. The proposed methodology is illustrated by two examples and the results are compared with numerical and experimental results found in literature.
To develop the code of predicting flow-field and aeroacoustic noise by an electrical cable, a combined CFD-Acoustic analogy approach is selected. The two dimensional, unsteady and incompressible Reynolds-averaged Navier-Stokes solver with κ-ω and κ-ω SST turbulence modeling is used to calculate the near flow-field around an electric cable. Near-field results are then coupled with two-dimensional Curle's integral formulation based upon Lighthill's acoustic analogy with the assumption of acoustic compactness. To validate this code, numerical results are compared with experimental data for a circular cylinder. The simulation shows an overprediction on acoustic amplitudes, but overally speaking, the spectrum pattern of sound pressure agrees well with experiment within an acceptable amount of error. In addition, a few cross-sections of the cable were selected and tested with each other in terms of drag and radiated noise
We present an immersed boundary (IB) method for 3D simulation of flappingflags in a uniform flow. The proposed formulation is manipulated on the basis of an efficient Navier-Stokes solver adopting the fractional step method and a staggered Cartesian grid system. A direct numerical method is developed to calculate the flag motion, with the elastic force treated implicitly. The fluid motion defined on an Eulerian grid and the flag motion defined on a Lagrangian grid are independently solved and the mass of flag is handled in a natural way. An additional momentum forcing is formulated from the flag motion equation in a way similar with the direct-forcing IB formulation and acts as the interaction force between the flag and ambient fluid. A series of numerical tests are performed and the present results are compared qualitatively and quantitatively with previous studies. The instantaneous flag motion is analyzed under different conditions and surrounding vortical structures are identified. The effects of physical parameters on the flapping frequency are studied.
This paper presents a nonlinear modeling method for dynamic analysis of flexible structures undergoing overall motions that employs the mode approximation method. This method, different from the naive nonlinear method that approximates only Cartesian deformation variables, approximates not only deformation variables but also strain variables. Geometric constraint relations between the strain variables and the deformation variables are introduced and incorporated into the formulation. Two numerical examples are solved and the reliability and the accuracy of the proposed formulation are examined through the numerical study.
Several methods for improving the interlaminar strength and fracture toughness of composite materials are developed. Through-the-thickness stitching is considered one of the most common ways to prevent delamination. Stitching significantly increases the Mode I fracture toughness and moderately improves the Mode II fracture toughness. An analytical model has been developed for simulating the behavior of stitched double cantilever beam specimen under various loading conditions. For z-directional load and moment about the y-axis the numerical solutions are compared with the exact solutions. The derived formulation shows good accuracy when the relative error of displacement and rotation between numerical and exact solution were calculated. Thus we can use the present model with confidence in analyzing other problems involving stitched beams.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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