Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.30
no.2
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pp.86-97
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1993
A numerical method is developed for the nonlinear motion of two-dimensional wedges and axisymmetric-forced-heaving motion using Semi-Largrangian scheme under assumption of potential flows. In two-dimensional-problem Cauchy's integral theorem is applied to calculate the complex potential and its time derivative along boundary. In three-dimensional-problem Rankine ring sources are used in a Green's theorem boundary integral formulation to salve the field equation. The solution is stepped forward numerically in time by integrating the exact kinematic and dynamic free-surface boundary condition. Numerical computations are made for the entry of a wedge with a constant velocity and for the forced harmonic heaving motion from rest. The problem of the entry of wedge compared with the calculated results of Champan[4] and Kim[11]. By Fourier transform of forces in time domain, added mass coefficient, damping coefficient, second harmonic forces are obtained and compared with Yamashita's experiment[5].
Stress triaxiality is recognized as one of the most important factors for predicting the failure strain of ductile metals. This study dealt with the effect of the average stress triaxiality on the failure strain of a typical low-temperature high-strength marine structural steel, EH36. Tensile tests were carried out on flat specimens with different notches, from relatively smooth to very sharp levels. Numerical simulations of each specimen were performed by using ABAQUS. The failure initiation points in numerical simulations were identified from a comparison of the engineering stress vs. strain curves obtained from experiments with simulated ones. The failure strain curves for various dimensionless critical energy levels were established in the average stress triaxiality domain and compared with the identified failure strain points. It was observed that most of the failure initiation points were approximated with a 100% dimensionless critical energy curve. It was concluded that the failure strains were well expressed as a function of the average stress triaxiality.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.6
no.4
s.22
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pp.63-72
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2006
Fundamental equations of a member to analysis the elasto-plastic buckling analysis based on the deflection method are derived in this paper, and its validity and accuracy are shown by the numerical examples. The model discussing in the present paper has three elasto-plastic springs which are located at the both ends and center of a member and two elastic beam elements between them. The elasto-plastic springs represent the elasto-plastic behavior of the member and elastic beam element represents buckling behavior of the member. Numerical example shows the validity of this formulation.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2003.10a
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pp.3-17
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2003
This paper deals with the problems and their possible solutions in the development of finite element for analysis of shell. Based on these solution schemes, a series of flat shell elements are established which show no signs of membrane locking and other defects even though the coarse meshes are used. In the element formulation, non-conforming displacement modes are extensively used for improvement of element behaviors. A number of numerical tests are performed to prove the validity of the solutions to the problems involved in establishing a series of high performance flat shell elements. The test results reveal among others that the high accuracy and fast convergence characteristics of the elements are obtainable by the use of various non-conforming modes and that the ‘Direct Modification Method’ is a very useful tool for non-conforming elements to pass the patch tests. Furthermore, hierarchical and higher order non-conforming modes are proved to be very efficient not only to make an element insensitive to the mesh distortion but also to remove the membrane locking. Some numerical examples are solved to demonstrate the validity and applicability of the presented elements to practical engineering shell problems.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.18
no.3
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pp.321-332
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2005
In this paper, the time-domain finite element formulations for axisymmetric linear viscoelastic problems, especially for the viscoelastic hollow sphere and cylinder, under various boundary conditions are presented with the theoretical solutions of them obtained by using the elastic-viscoelastic correspondence principle. It is assumed that the viscoelastic material behaves like a standard linear solid in distortion and elastically in dilatation. Numerical examples are solved based on the spherically symmetric, axisymmetric and plane strain finite element models. Good agreements are obtained between numerical and theoretical solutions, which shows the validity and accuracy of the presented method.
In this paper, a unified solution method is presented for the classical beam theory. In Strength of Materials approach, the geometry, material properties and load system are known and related with the unknowns of forces, moments, slopes and deformations by applying a classical differential analysis in addition to equilibrium, constitutive, and kinematic laws. All these relations are expressed in a unified formulation for the classical beam theory. In the special case of simple beams, a system of four linear ordinary differential equations of first order represents the general mechanical behaviour of a straight beam. These equations are solved using the numerical differential quadrature method (DQM). The application of DQM has the advantages of mathematical consistency and conceptual simplicity. The numerical procedure is simple and gives clear understanding. This systematic way of obtaining influence line, bending moment, shear force diagrams and deformed shape for the beams with geometric and load discontinuities has been discussed in this paper. Buckling loads and natural frequencies of any beam prismatic or non-prismatic with any type of support conditions can be evaluated with ease.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.28
no.11
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pp.1348-1358
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2004
The filling pattern and an adaptive grid refinement based on the finite element method and Eulerian mesh advancement approach have been developed to analyze incompressible transient viscous flow with free surfaces. The governing equation fur flow analysis is Navier-Stokes equation including inertia and gravity effects. The mixed FE formulation and predictor-corrector method are used effectively for unsteady numerical simulation. The flow front surface and the volume inflow rate are calculated using the filling pattern technique to select an adequate pattern among seven filling patterns at each tetrahedral control volume. By adaptive grid refinement, the new flow field that renders better prediction in flow surface shape is generated and the velocity field at the flow front part is calculated more exactly. In this domain the elements in the surface region are made finer than those in the remaining regions for more efficient computation. The collapse of a water dam and the filling of a fluidity spiral have been analyzed. The numerical results have been in good agreement with the experimental results and the efficiency of the adaptive grid refinement and filling pattern techniques have been verified.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.44
no.4
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pp.398-407
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2007
A smoothed particle hydrodynamics (SPH) method is applied for simulating two-dimensional free-surface problems. The SPH method based on the Lagrangian formulation provides realistic flow motions with violent surface deformation, fragmentation and reunification. In this study, the effect of computational parameters in SPH simulation is explored through two-dimensional dam-breaking and sloshing problem. The parameters to be considered are the speed of sound, the frequency of density re-initialization, the number of particle and smoothing length. Through a series of numerical test. detailed information was obtained about how SPH solution can be more stabilized and improved by adjusting computational parameters. Finally, some numerical simulations for various fluid flow problem were carried out based on the parameters chosen through the sensitivity study.
The dynamic response of two-dimensional unbounded domain on the rigid bedrock in the time domain is numerically obtained. It is realized by the modified scaled boundary finite element method (SBFEM) in which the original scaling center is replaced by a scaling line. The formulation bases on expanding dynamic stiffness by using the continued fraction approach. The solution converges rapidly over the whole time range along with the order of the continued fraction increases. In addition, the method is suitable for large scale systems. The numerical method is employed which is a combination of the time domain SBFEM for far field and the finite element method used for near field. By using the continued fraction solution and introducing auxiliary variables, the equation of motion of unbounded domain is built. Applying the spectral shifting technique, the virtual modes of motion equation are eliminated. Standard procedure in structural dynamic is directly applicable for time domain problem. Since the coefficient matrixes of equation are banded and symmetric, the equation can be solved efficiently by using the direct time domain integration method. Numerical examples demonstrate the increased robustness, accuracy and superiority of the proposed method. The suitability of proposed method for time domain simulations of complex systems is also demonstrated.
A complete finite element analysis method for discharge onset process, which is governed and coupled by charge transport equation and electric field equation, was presented. The charge transport equation of first order was transformed into a second-order one by utilizing the artificial diffusion scheme. The two second-order equations were analyzed by the finite element formulation which is well-developed for second-order ones. The Fowler-Nordheim injection boundary condition was adopted for charge transport equation. After verifying the numerical results by comparing to the analytic solutions using parallel plane electrodes with one carrier system, we extended the result to blade-plane electrodes in 2D xy geometry with three carriers system. Radius of the sharp tip was taken to be 50 ${\mu}m$. When this sharp geometry was solved by utilizing the space discretizing methods, the very sharp tip was found to cause a singularity in electric field and space charge distribution around the tip. To avoid these numerical difficulties in the FEM, finer meshes, a higher order shape function, and artificial diffusion scheme were employed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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