International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.11
no.1
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pp.435-447
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2019
Energy Flow Finite Element Analysis (EFFEA) is a promising tool for predicting dynamic energetics of complicated structures at high frequencies. In this paper, the Energy Flow Finite Element (EFFE) formulation of complicated Mindlin plates was newly developed to improve the accuracy of prediction of the dynamic characteristics in the high frequency. Wave transmission analysis was performed for all waves in complicated Mindlin plates. Advanced Energy Flow Analysis System (AEFAS), an exclusive EFFEA software, was implemented using $MATLAB^{(R)}$. To verify the general power transfer relationship derived, wave transmission analysis of coupled semi-infinite Mindlin plates was performed. For numerical verification of EFFE formulation derived and EFFEA software developed, numerical analyses were performed for various cases where coupled Mindlin plates were excited by a harmonic point force. Energy flow finite element solutions for coupled Mindlin plates were compared with the energy flow solutions in the various conditions.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.13
no.3
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pp.80-93
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1996
A 2-dimensional FEM/GEM program was developed under the plane strain assumption using linear line elements for analyzing stretch/draw forming operations of an arbitrarily shaped draw-die. FEM formulation adopted a new algorithm for solving force equilibrium as well as non-penetration condition simultaneously. Also, a rigid-viscoplastic material model with Hill's normal anisotropic yield condition and rate-sensitive hardening law is assumed, along with the Coulomb friction law in the contact regions. For the case of numerical divergence at nearly final forming stages, geometric force equilibrium method(GEM) is also introduced. The developed program was tested by simulating the forming processes of cylindrical punch/open die, and the drawing processes of automotive oilpan and hood inner panel in order to verify the usefulness and validity of FEM/GEM formulation. The numerical simulation verified the validity and robustness of developed program.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.3
no.2
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pp.1-10
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2012
In the present study, an Element-Based Lagrangian Formulation for the nonlinear analysis of shell structures is presented. The strains, stresses and constitutive equations based on the natural co-ordinate have been used throughout the Element-Based Lagrangian Formulation of the present shell element which offers an advantage of easy implementation compared with the traditional Lagrangian Formulation. The Element-Based Lagrangian Formulation of a 9-node resultant-stress shell element is presented for the anisotropic composite material. The element is free of both membrane and shear locking behavior by using the assumed natural strain method such that the element performs very well in thin shell problems. The arc-length control method is used to trace complex equilibrium paths in thin shell applications. Numerical examples for laminated composite curved shells presented herein clearly show the validity of the present approach and the accuracy of the developed shell element.
In recent years the pure displacement formulation for plate elements has not been as popular as other formulations. We revisit the pure displacement formulation for shear-deformable plate elements and propose a family of N-node, displacement-compatible, fully-integrated, pure-displacement, triangular, Mindlin plate elements, MIN-N. The development has been motivated by the relative simplicity of the pure displacement formulation and by the success of the existing 3-node plate element, MIN3. The formulation of MIN3 is generalized to obtain the MIN-N family, which possesses complete, fully compatible kinematic fields, in which the interpolation functions for transverse displacement are one degree higher than those for rotations. General element-level formulas for the thin-limit Kirchhoff constraints are developed. The 6-node, 18 degree-of-freedom element MIN6, with cubic displacement and quadratic rotations, is implemented and tested extensively. Numerical results show that MIN6 exhibits good performance for both static and dynamic analyses in the linear, elastic regime. The results illustrate that the fully-integrated MIN6 element has excellent performance in the thin limit, even for coarse meshes, and that it does not require shear relaxation.
A constitutive model on oorthotropic thermo-elasto-viscoplasticity for fiber-reinforced composite materials Is illustrated, and their thermomechanical responses are predicted with the fully-coupled finite element formulation. The unmixing-mixing scheme can be adopted with the multipartite matrix method as the constitutive model. Basic assumptions based upon the composite micromechanics are postulated, and the strain components of thermal expansion due to temperature change are included In the formulation. Also. more than two sets of mechanical variables, which represent the deformation states of multipartite matrix can be introduced arbitrarily. In particular, the unmixing-mixing scheme can be used with any well-known isotropic viscoplastic theory of the matrix material. The scheme unnecessitates the complex processes for developing an orthotropic viscoplastic theory. The governing equations based on fully-coupled thermomechanics are derived with constitutive arrangement by the unmixing-mixing concept. By considering some auxiliary conditions, the Initial-boundary value problem Is completely set up. As a tool of numerical analyses, the finite element method Is used with isoparametric Interpolation fer the displacement and the temperature fields. The equation of mutton and the energy conservation equation are spatially discretized, and then the time marching techniques such as the Newmark method and the Crank-Nicolson technique are applied. To solve the ultimate nonlinear simultaneous equations, a successive iteration algorithm is constructed with subincrementing technique. As a numerical study, a series of analyses are performed with the main focus on the thermomechanical coupling effect in composite materials. The progress of viscoplastic deformation, the stress-strain relation, and the temperature History are careful1y examined when composite laminates are subjected to repeated cyclic loading.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.4
no.5
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pp.16-25
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1996
In the present work a rigid-plastic finite element formulation using dynamic explicit time integration scheme is proposed for numerical analysis of auto-body panel stamping processes. The rigid-plastic finite element method based on membrane elements has long been employed as a useful numerical technique for the analysis of sheet metal forming because of its time effectiveness. A damping scheme is proposed in order to achieve a stable solution procedure in dynamic sheet forming problems. In order to improve the drawbacks of the conventional membrane elements, BEAM(abbreviated from Bending Energy Augmented Membrane) elements are employed. Rotational damping and spring about the drilling direction are introduced to prevent a zero energy mode. 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 the direct trial-and-error method. Computations are carried out for analysis of complicated auto-body panel stamping processes such as forming of an oilpan, a fuel tank and a front fender. The numerical results of explicit analysis are compared with the implicit results with good agreements and it is shown that the explicit scheme requires much shorter computational time, especially when the problem becomes more complicated. It is thus shown that the proposed dynamic explicit rigid-plastic finite element method enables an effective computation for complicated autobody panel stamping processes.
Here we demonstrate complex transient behavior of viscoelastic liquid described numerically with the Leonov model in straight and contraction channel flow domains. Finite element and implicit Euler time integration methods are employed for spatial discretization and time marching. In order to stabilize the computational procedure, the tensor-logarithmic formulation of the constitutive equation with SUPG and DEVSS algorithms is implemented. For completeness of numerical formulation, the so called traction boundaries are assigned for flow inlet and outlet boundaries. At the inlet, finite traction force in the flow direction with stress free condition is allocated whereas the traction free boundary is assigned at the outlet. The numerical result has illustrated severe forward-backward fluctuations of overall flow rate in inertial straight channel flow ultimately followed by steady state of forward flow. When the flow reversal occurs, the flow patterns exhibit quite complicated time variation of streamlines. In the inertialess flow, it takes much more time to reach the steady state in the contraction flow than in the straight pipe flow. Even in the inertialess case during startup contraction flow, quite distinctly altering flow patterns with the lapse of time have been observed such as appearing and vanishing of lip vortices, coexistence of multiple vortices at the contraction comer and their merging into one.
This paper discusses a new formulation for the failure strain in the average stress triaxiaility domain for a low-temperature high-strength steel (EH36). The new formula available at a low average stress triaxiality zone is proposed based on the comparison of two results from tensile tests of flat type specimens and their numerical simulations. In order to confirm the validity of the failure strain formulation, a user-subroutine was developed using Abaqus/Explicit, which is known to be one of the most popular commercial finite element analysis codes. Numerical fracture simulations with the user-subroutine were conducted for all the tensile tests. A comparison of the engineering stress-strain curves and engineering failure strain obtained from the numerical simulation with the user-subroutine for the tensile tests revealed that the newly developed user-subroutine effectively predicts the initiation of failure.
The process of mould design in the foundry industry has been based on the intuition and experience of foundry engineers and designers. To bring the industry to a more scientific basis the design process should be integrated with scientific analysis such as heat transfer. The production by foundry techniques is influenced by the geometry configuration, which affects the solidification conditions and subsequent cooling. Numerical simulation and/or experiments make possible the selection of adequate materials, reducing cycle times and minimizing production costs. The main propose of this work is to study the heat transfer phenomena in the mould considering the phase change of the cast-part. Due to complex geometry of the mould, a block unstructured grid and a generalized curvilinear formulation engaged with the finite volume method is described and applied. Two types of boundary conditions, diffusive and Newtonian, are used and compared. The developed numerical code is tested in real case and the main results are compared with experimental data. The results showed that the solidification time is about 6 seconds for diffusive boundary conditions and 14.8 seconds for Newtonian boundary conditions. The use of the block unstructured grid in combination with a generalized curvilinear formulation works well with the finite volume method and allows the development of more efficient algorithms with better capacity to describe the part contours through a lesser number of elements.
Based on a reduced displacement field, a layer-wise (LW) formulation is developed for analysis of thick shell panels which is subjected to axial tension. Employing the principle of minimum total potential energy, the local governing equations of thick panel which is subjected to axial extension are obtained. An analytical method is developed for solution of the governing equations for various edge conditions. The governing equations are solved for free and simply supported edge conditions. The interlaminar stresses in the panel are investigated by means of Hooke's law and also by means of integration of the equilibrium equations of elasticity. Dependency of the result upon the number of numerical layers in the layerwise theory (LWT) is studied. The accuracy of the numerical results is validated by comparison with the results of the finite element method and with other available results in the open literature and good agreement is seen between the results. Numerical results are then presented for the distribution of interlaminar normal and shear stresses within the symmetric and un-symmetric cross-ply thick panels with free and simply supported boundaries. The effects of the geometrical parameters such as radius to thickness and width to thickness ratio are investigated on the distribution of the interlaminar stresses in thick panels.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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