Kwak, Jun Young;Cho, Haeseong;Chun, Tae Young;Shin, SangJoon;Bauchau, Olivier A.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.16
no.2
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pp.177-189
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2015
This paper presents an all-direct domain decomposition approach for large-scale structural analysis. The proposed approach achieves computational robustness and efficiency by enforcing the compatibility of the displacement field across the sub-domain boundaries via local Lagrange multipliers and augmented Lagrangian formulation (ALF). The proposed domain decomposition approach was compared to the existing FETI approach in terms of the computational time and memory usage. The parallel implementation of the proposed algorithm was described in detail. Finally, a preliminary validation was attempted for the proposed approach, and the numerical results of two- and three-dimensional problems were compared to those obtained through a dual-primal FETI approach. The results indicate an improvement in the performance as a result of the implementing the proposed approach.
An efficient and free of shear locking finite element model is developed and employed to study free vibration of tapered bidirectional functionally graded material (BFGM) beams. The beam material is assumed to be formed from four distinct constituent materials whose volume fraction continuously varies along the longitudinal and thickness directions by power-law functions. The finite element formulation based on the first-order shear deformation theory is derived by using hierarchical functions to interpolate the displacement field. In order to improve efficiency and accuracy of the formulation, the shear strain is constrained to constant and the exact variation of the cross-sectional profile is employed to compute the element stiffness and mass matrices. A comprehensive parametric study is carried out to highlight the influence of the material distribution, the taper and aspect ratios as well as the boundary conditions on the vibration characteristics. Numerical investigation reveals that the proposed model is efficient, and it is capable to evaluate the natural frequencies of BFGM beams by using a small number of the elements. It is also shown that the effect of the taper ratio on the fundamental frequency of the BFGM beams is significantly influenced by the boundary conditions. The present results are of benefit to optimum design of tapered FGM beam structures.
A new approach has been proposed for the incremental analysis of the nonsteady state large deformation of planar anisotropic elastic-plastic sheet forming. A mathematical brief review of a constitutive law for the incremental deformation theory has been presented from flow theory using the minimum plastic work path for elastic-plastic material. Since the material embedded coordinate system(Lagrangian quantity) is used in the proposed theory the stress integration procedure is completely objective. A new return mapping algorithm has been also developed from the general midpoint rule so as to achieve numerically large strain increment by successive control of yield function residuals. Some numerical tests for the return mapping algorithm were performed using Barlat's six component anisotropic stress potential. Performance of the proposed algorithm was shown to be good and stable for a large strain increment, For planar anisotropic sheet forming updating algorithm of planar anisotropic axes has been newly proposed. In order to show the effectiveness and validity of the present formulation earing simulation for a cylindrical cup drawing and front fender stamping analysis are performed. From the results it has been shown that the present formulation can provide a good basis for analysis for analysis of elastic-plastic sheet metal forming processes.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.9
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pp.2242-2251
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1993
The mesh-based frictional contact model has been developed which does not rely on the spatial derivatives of the tool surface. Only points on the surface are evaluated from the description. which can then be simplified because of the relaxed demands placed on it. The surface tangents, normals, and corresponding derivatives at each finite-element node are evaluated directly from the finite-element mesh, in terms of the connecting nodal positions. The advantages accrue because there is no longer a need for a smooth tool surface to assure reasonable normals and derivatives. Furthermore, it can be shown that the equilibrium equations can only be properly written with a special normal derived from the mesh itself. The validity, accuracy, computation time, and stability of mesh-based contact model were discussed with the numerical examples of rounded flat-top and rough, flat-top rounded punch forming operations. Also, the forming process of a automobile inner panel section was simulated for testing the robustness of new contact model. In the discussion, the superiority of new model was examined, comparing with tool-based contact one.
Ha, Yoon-Do;Kim, Min-Geun;Cho, Hyun-Gyu;Cho, Seon-Ho
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.44
no.2
s.152
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pp.130-138
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2007
A coupled variational equation for fluid-structure interaction (FSI) problems is derived from a steady state Navier-Stokes equation for incompressible Newtonian fluid and an equilibrium equation for geometrically nonlinear structures. For a fully coupled FSI formulation, between fluid and structures, a traction continuity condition is considered at interfaces where a no-slip condition is imposed. Under total Lagrange formulation in the structural domain, finite rotations are well described by using the second Piola-Kirchhoff stress and Green-Lagrange strain tensors. An adjoint shape design sensitivity analysis (DSA) method based on material derivative approach is applied to the FSI problem to develop a shape design optimization method. Demonstrating some numerical examples, the accuracy and efficiency of the developed DSA method is verified in comparison with finite difference sensitivity. Also, for the FSI problems, a shape design optimization is performed to obtain a maximal stiffness structure satisfying an allowable volume constraint.
Kim Chung-Soo;An Hyun-Su;Park Jae-Kwon;Jung Baek-Ho
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers C
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v.53
no.12
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pp.626-633
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2004
In this paper, we present a time domain combined field integral equation (TD-CFIE) formulation to analyze the transient electromagnetic response from three-dimensional dielectric objects. The solution method in this paper is based on the method of moments (MoM) that involves separate spatial and temporal testing procedures. A set of the RWG (Rao, Wilton, Glisson) functions Is used for spatial expansion of the equivalent electric and magnetic current densities and a combination of RWG and its orthogonal component is used as spatial testing. We also investigate spatial testing procedures for the TD-CFIE to select the proper testing functions that are derived from the Laguerre polynomials. These basis functions are also used for temporal testing. Use of this temporal expansion function characterizing the time variable enables one to handle the time derivative terms in the integral equation and decouples the space-time continuum in an analytic fashion. Numerical results computed by the proposed formulation are presented and compared with the solutions of the frequency domain combined field integral equation (FD-CFIE).
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.8
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pp.2113-2122
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1994
The 3-D FEM analysis for simulating the stamping operation of planar anisotropic sheet metals with arbitrarily-shaped tools is introduced. An implicit, incremental, updated Lagrangian formulation with a rigid-viscoplastic constitutive equation is employed. Contact and friction are considered through the mesh-normal, which compatibly describes arbitrary tool surfaces and FEM meshes without depending on the explicit spatial derivatives of tool surfaces. The consistent full set of governing relations, comprising equilibrium equation and mesh-normal geometric constraints, is appropriately linearized. The linear triangular elements are used for depicting the formed sheet, based on membrane approximation. Barlat's non-quadratic anisotropic yield criterion(strain-rate potential) is employed, whose in-plane anisotropic properties are taken into account with anisotropic coefficients and non-quadratic function parameter. The planar anisotropic finite element formulation is tested with the numerical simulations of the stamping of an automotive hood inner panel and the drawing of a hemispherical punch. The in-plane anisotropic effects on the formability of both mild steel and aluminum alloy sheet metals are examined.
This paper presents a physically based technique for simulating complex multiphase fluids. This work is motivated by the "stable fluids" method developed by Stam to handle gaseous fluids. We extend this technique to water, which calls for the development of methods for modeling multiphase fluids and suppressing dissipation. We construct a multiphase fluid formulation by combining the Navier-Stokes equations with the level set method. By adopting constrained interpolation profile (CIP)-based advection, we reduce the numerical dissipation and diffusion significantly. We further reduce the dissipation by converting potentially dissipative cells into droplets or bubbles that undergo Lagrangian motion. Due to the multiphase formulation, the proposed method properly simulates the interaction of water with surrounding air, instead of simulating water in a void space. Moreover. the introduction of the non-dissipative technique means that, in contrast 10 previous methods, the simulated water does not unnecessarily lose mass and its motion is not damped to an unphysical extent. Experiments showed that the proposed method is stable and runs fast. It is demonstrated that two-dimensional simulation runs in real-time.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers P
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v.58
no.3
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pp.316-322
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2009
This paper presents an analytical design method of a passive harmonic filter for a three-phase diode rectifier and uses a new transfer function approach in the analysis and design. The transfer function approach derives an analytical formulation of an utility system including passive filters with a basis of Laplace transform and provides a graphical formulation so that a visualized insight into an interaction between individual filter and system response can be attainted. Harmonic impedance, voltage division and current division transfer function are used as a design tool, which makes a calculated filter parameters to satisfy IEEE-519 distortion limits. A simple five-step design procedure is introduced in the filter design, which consists of system analysis, selection of PCC(Point of Common Coupling), filter specification calculation, appropriate filter design for system and filter implementation. Philosophy governing the design procedure is based on a numerical/graphical iterative solution, trial and error with visualization feed-back based on "algebra on the graph". Finally, performance of the designed passive harmonic filter is verified by experiment and shows that 5th, 7th, 9th, 11th and 13th harmonics are decreased within IEEE-519 distortion limits, respectively.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2001.05a
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pp.209-212
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2001
It is known that the mim forming processes show somewhat different phenomena compared with the conventional metal forming processes, namely, the size effect, enhanced friction effect and etc. Such typical phenomena, however, are not predicted by the conventional finite element analysis, which has been an efficient numerical tool to predict the metal forming processes. It is due to the fact that the constitutive relations used does not describe the microstructural characteristics of the materials. In the present investigation, the finite element formulation using the rate-dependent rigid plastic crystal plasticity model of the face-centered cubic materials is conducted to predict the micro mechanical behaviors during the mim forming processes. The finite element analysis, however, provides mesh-dependent solutions for the intragranular deformations. Therefore, the couple stress energy is additionally introduced into the variational principle and formulated within the framework of the rigid plastic finite element method to obtain mesh-independent solutions. Micro deformations of single crystal and bicrystal with various orientations are calculated to show the potential of the developed formulation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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