Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.8
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pp.1822-1831
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1995
A general formulation of the design optimization problem with the random parameters is presented here. The formulation is based on the stochastic finite element second-order perturbation method ; it takes into full account of the stress and displacement constraints together with the rates of change of the random variables. A method of direct differentiation for calculating the sensitivity coefficients in regard to the governing equation and the second-order perturbed equation is derived. A gradient-based nonlinear programming technique is used to solve the problem. The numerical results are specifically noted, where the stiffness parameter and external load are treated as random variables.
A new four-node degenerated shell element with drilling degrees of freedom (DOF) is proposed. Allman-type displacement approximation is incorporated into the formulation of degenerated shell elements. The approximation improves in-plane performance and eliminates singularities of system matrices resulted from DOF deficiency. Transverse shear locking is circumvented by introducing assumed covariant shear strains. Two kinds of penalty energy are considered in the formulation for the purpose of suppressing spurious modes and representing true drilling rotations. The proposed element can be applied to almost all kinds of shell problems including composite laminated shell structures and folded shell structures. Numerical examples show that the element is of good accuracy and of reasonably fast convergence rate.
This paper presents four incompatible but convergent Rational quadrilateral elements, two four-node elements (RQ4Z and RQ4B) and two five-node elements (RQ5Z and RQ5B). The difference between the so-called Rational Finite Element (Zhong and Zeng 1996) and the Free Formulation (Bergan and Nygard 1984) are discussed and compared. The importance of the mode completeness in these formulations is emphasized. Numerical results for several benchmark problems show the good performance of these elements. The two five-nodes elements RQ5Z and RQ5B, which can be viewed as complete quadratic mode elements (with seven stress modes), always give better results than the four nodes elements RQ4Z and RQ4B.
The objective of this research is to propose a new global damage detection parameter, termed as the static defect energy (SDE). This candidate parameter possesses the ability to detect, locate and quantify structural damage. To have a full understanding about this parameter and its applications, the scope of work can be divided into several tasks: theory and formulation, numerical simulation studies, experimental verification and feasibility studies. This paper only deals with the first part of the task. Brief introduction will be given to the dynamic defect energy (DDE) after systematically reviewing the previous works. Process of applying the perturbation method to the oscillatory system to obtain a static expression will be followed. Two implementation methods can be used to obtain SDE equations and the diagrams. Both results are equally good for damage detection.
In this work, we discuss a reproducing kernel collocation method (RKCM) for solving $2^{nd}$ order PDE based on strong formulation, where the reproducing kernel shape functions with compact support are used as approximation functions. The method based on strong form collocation avoids the domain integration, and leads to well-conditioned discrete system of equations. We investigate the convergence and the computational complexity for this proposed method. An important result obtained from the analysis is that the degree of basis in the reproducing kernel approximation has to be greater than one for the method to converge. Some numerical experiments are provided to validate the error analysis. The complexity of RKCM is also analyzed, and the complexity comparison with the weak formulation using reproducing kernel approximation is presented.
Structure-dependent integration methods seem promising for structural dynamics applications since they can integrate unconditional stability and explicit formulation together, which can enable the integration methods to save many computational efforts when compared to an implicit method. A newly developed structure-dependent integration method can inherit such numerical properties. However, an unusual overshooting behavior might be experienced as it is used to compute a forced vibration response. The root cause of this inaccuracy is thoroughly explored herein. In addition, a scheme is proposed to modify this family method to overcome this unusual overshooting behavior. In fact, two improved formulations are proposed by adjusting the difference equations. As a result, it is verified that the two improved formulations of the integration methods can effectively overcome the difficulty arising from the inaccurate integration of the steady-state response of a high frequency mode.
A new model predicting the nonlinear basic creep behaviour of concrete structures subjected to high multi-axial stresses is proposed. It combines a model based on the thermodynamic framework of the elasto-plastic continuum damage theory for time-independent material behaviour and a rheological model describing phenomenologically the long-term delayed deformation. Strength increase due to ageing is regarded. The general 3D solution for the creep theory is derived from a rate-type form of the uniaxial formulation by the assumption of associated creep flow and a theorem of energy equivalence. The model is able to reproduce linear primary creep as well as secondary and tertiary creep stages under high compressive stresses. For concrete in tension a simple viscoelastic formulation is applied. The material law is then incorporated into a finite element solution procedure for analysis of reinforced concrete structures. Numerical examples of uniaxial creep tests and concrete members show excellent agreement with experimental results.
Moreno-Navarro, Pablo;Ibrahimbegovic, Adnan;Perez-Aparicio, Jose L.
Coupled systems mechanics
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v.7
no.1
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pp.5-25
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2018
A fully-coupled thermodynamic-based transient finite element formulation is proposed in this article for electric, magnetic, thermal and mechanic fields interactions limited to the linear case. The governing equations are obtained from conservation principles for both electric and magnetic flux, momentum and energy. A full-interaction among different fields is defined through Helmholtz free-energy potential, which provides that the constitutive equations for corresponding dual variables can be derived consistently. Although the behavior of the material is linear, the coupled interactions with the other fields are not considered limited to the linear case. The implementation is carried out in a research version of the research computer code FEAP by using 8-node isoparametric 3D solid elements. A range of numerical examples are run with the proposed element, from the relatively simple cases of piezoelectric, piezomagnetic, thermoelastic to more complicated combined coupled cases such as piezo-pyro-electric, or piezo-electro-magnetic. In this paper, some of those interactions are illustrated and discussed for a simple geometry.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.25
no.3
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pp.222-227
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2005
An efficient technique fur the calculation of guided wave dispersion curves in composite pipes is presented. The technique uses a forward-calculating variational calculus approach rather than the guess and iterate process required when using the more traditional partial wave superposition technique. The formulation of each method is outlined and compared. The forward-calculating formulation is used to develop finite element software for dispersion curve calculation. Finally, the technique is used to calculate dispersion curves for several structures, including an isotropic bar, two multi-layer composite bars, and a composite pipe.
A finite element analysis is performed for lateral buckling problems on the basis of a geometrically nonlinear formulation for a beam with small elastic strain but with possibly large rotations. The total Lagrangian formulation for a general large deformation, which involves finite rotations, is chosen and the exponential map is used to treat finite rotations from the Eulerian point of view. For lateral buckling, the point of vanishing determinant of the resulting unsymmetric tangent stiffness is traced to examine its relationship to bifurcation points. It is found that the points of vanishing determinant is not corresponding to bifurcation points for large deformations in general, which suggests that the present unsymmetric tangent stiffness is not an exact first derivative of internal forces with respect to displacement. This is illustrated through several numerical examples and followed by appropriate discussion.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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