A layerwise (LW) formulation based on the Galerkin method is presented to investigate the three-dimensional stress state in long sandwich plate which is subjected to tension force and pure bending moment. Based on the Galerkin method and the LW discretization approach, the equilibrium equations of elasticity for the long plate are written in the weak form and discretized through the thickness of the plate. The discretized equations are written in terms of displacement components of the numerical layers. The governing equations of the plate are solved analytically for the free edge boundary conditions. The distribution of stress state especially the 3D stress state in the vicinity of the edges of the sandwich plate which is subjected to tension and pure bending is studied. In order to increase the accuracy, the out of plane stresses are obtained by integrating the equilibrium equations of elasticity. The convergence and accuracy of the predictions are studied and various numerical results are presented for distribution of the in-plane and out of plane stresses in symmetric and un-symmetric sandwich plates.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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제25권10호
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pp.1605-1612
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2001
Least-squares meshfree method is presented. Conventional meshfree methods based on the Galerkin formulation suffer from inaccurate numerical integration. Least-squares formulation exhibits rather different integration-related characteristics. It is demonstrated through numerical examples that least-squares formulation is much more robust to integration errors than the Galerkin's. Therefore efficient meshfree methods can be devised by combining very simple integration algorithms and least-squares formulation.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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제21권5호
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pp.114-121
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2004
Recently, the finite element absolute nodal coordinate formulation (ANCF) was developed for the large deformation analysis of flexible bodies in multi-body dynamics. This formulation is based on the finite element procedures and the general continuum mechanics theory to represent the elastic forces. In this paper, a computation method of dynamic stress in flexible multi-body dynamics using absolute nodal coordinate formulation is proposed. Numerical examples, based on an Euler-Bernoulli beam theory, are shown to verify the efficiency of the proposed method. This method can be applied for predicting the fatigue life of a mechanical system. Moreover, this study demonstrates that structural and multi-body dynamic models can be unified in one numerical system.
This paper presents a comparison between two different procedures to deal with the geometric nonlinear analysis of space trusses, considering its structural stability aspects. The first nonlinear formulation, called positional, uses nodal positions rather than nodal displacements to describe the finite elements kinematics. The strains are computed directly from the proposed position concept, using a Cartesian coordinate system fixed in space. The second formulation, called corotational, is based on the explicit separation between rigid body motion and deformed motion. The numerical examples demonstrate the performances and the convergence of the responses for both analyzed formulations. Two numerical examples were compared, including a lattice beam with postcritical behavior. Despite the two completely different approaches to deal with the geometrical nonlinear problem, the results present good agreement.
A splitting method for the direct numerical simulation of solid-liquid mixtures is presented, where a symmetric pressure equation is newly proposed. Through numerical experiment, it is found that the newly proposed splitting method works well with a matrix-free formulation fer some bench mark problems avoiding an erroneous pressure field which appears when using the conventional pressure equation of a splitting method. When deriving a typical pressure equation of a splitting method, the motion of a solid particle has to be approximated by the 'intermediate velocity' instead of treating it as unknowns since it is necessary as a boundary condition. Therefore, the motion of a solid particle is treated in such an explicit way that a particle moves by the known form drag (pressure drag) that is calculated from the pressure equation in the previous step. From the numerical experiment, it was shown that this method gives an erroneous pressure field even for the very small time step size as a particle velocity increases. In this paper, coupling the unknowns of particle velocities in the pressure equation is proposed, where the resulting matrix is reduced to the symmetric one by applying the projector of the combined formulation. It has been tested over some bench mark problems and gives reasonable pressure fields.
Longitudinal Displacement Profile (LDP) is an appropriate tool for determination of the displacement magnitude of the tunnel walls as a function of the distance to the tunnel face. Some useful formulations for calculation of LDP have been developed based on the monitoring data on site or by 3D numerical simulations. However, the presented equations are only based on the tunnel dimensions and for different quality of rock masses proposed a unique LDP. In the present study, it is tried to present a new formulation, for calculation of LDP, on the basis of Rock mass quality. For this purpose, a comprehensive numerical simulation program was developed to investigate the effect of rock mass quality on the LDP. Results of the numerical modelling were analyzed and the least square technique was used for fitting an appropriate curve on the derived data from the numerical simulations. The proposed formulation in the present study, is a logistic function and the constants of the logistic function were predicted by rock mass quality index (GSI). Results of this study revealed that, the LDP curves of the tunnel surrounded by rock masses with high quality (GSI>60) match together; because the rock mass deformation varies over an elastic range.
Kim, Do Kyun;Poh, Bee Yee;Lee, Jia Rong;Paik, Jeom Kee
Structural Engineering and Mechanics
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제68권2호
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pp.247-259
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2018
In this study (Part I), an advanced empirical formulation was proposed to predict the ultimate strength of initially deflected steel plate subjected to longitudinal compression. An advanced empirical formulation was proposed by adopting Initial Deflection Index (IDI) concept for plate element which is a function of plate slenderness ratio (${\beta}$) and coefficient of initial deflection. In case of initial deflection, buckling mode shape, which is mostly assumed type in the ships and offshore industry, was adopted. For the numerical simulation by ANSYS nonlinear finite element method (NLFEM), with a total of seven hundred 700 plate scenarios, including the combination of one hundred (100) cases of plate slenderness ratios with seven (7) representative initial deflection coefficients, were selected based on obtained probability density distributions of plate element from collected commercial ships. The obtained empirical formulation showed good agreement ($R^2=0.99$) with numerical simulation results. The obtained outcome with proposed procedure will be very useful in predicting the ultimate strength performance of plate element subjected to longitudinal compression.
A virtual parameter is introduced into the formulation of the previously published integration method to improve its stability properties. It seems that the numerical properties of this integration method are almost unaffected by this parameter except for the stability property. As a result, it can have second order accuracy, explicit formulation and controllable numerical dissipation in addition to the enhanced stability property. In fact, it can have unconditional stability for the system with the instantaneous degree of nonlinearity less than or equal to the specified value of the virtual parameter for the modes of interest for each time step.
Isogeometric solution of Poisson equation is provided. NURBS (NonUniform B-spline Surface) is introduced to express both geometry of structure and unknown field of governing equation. The terms of stiffness matrix and load vector are consistently derived with very accurate geometric definition. The validity of the isogeometric formulation is demonstrated by using two numerical examples such as square plate and L-shape plate. From numerical results, the present solutions have a good agreement with analytical and finite element (FE) solutions with the use of a few cells in isogeometric analysis.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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한국전산구조공학회 2004년도 봄 학술발표회 논문집
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pp.365-372
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2004
A new finite element model will be presented to analyze the nonlinear behavior of not only RC beams and slabs, but also RC beams strengthened by a patch repair. The numerical approach is based on the p-version degenerate shell element including theory of anisotropic laminated composites, theory of materially and geometrically nonlinear plates. In the nonlinear formulation of this model, the total Lagrangian formulation is adopted with large deflections and moderate rotations being accounted for in the sense of von Karman hypothesis. The material model is based on hardening rule, crushing condition, plate-end debonding strength model and so on. The Gauss-Lobatto numerical quadrature is applied to calculate the stresses at the nodal points instead of Gauss points. The validity of the proposed p-version finite element model is demonstrated through several numerical examples for the load-deflection curves, the ultimate loads, and the failure modes of reinforced connote slabs and RC beams bonded with steel plates or FRP plates compared with available experimental and numerical results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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