In this paper, a new quadrilateral 5-node non-conforming membrane element with drilling degrees of freedom is presented. The main advantage of these elements is the relatively small number of integration points to evaluate a stiffness matrix comparing to the existing transition membrane elements (CLM elements). Moreover, the presented elements pass the patch test by virtue of the Direct Modification Method incorporated into the element formulation. The presented 5-node elements are proved to be very efficient when used in the local mesh refinement for the in-plane structures which have stress concentrations. And some numerical studies also show the good performance of the new element developed in this study.
Here, the axisymmetric free flexural vibrations and thermal stability behaviors of functionally graded spherical caps are investigated employing a three-noded axisymmetric curved shell element based on field consistency approach. The formulation is based on first-order shear deformation theory and it includes the in-plane and rotary inertia effects. The material properties are graded in the thickness direction according to the power-law distribution in terms of volume fractions of the constituents of the material. The effective material properties are evaluated using homogenization method. A detailed numerical study is carried out to bring out the effects of shell geometries, power law index of functionally graded material and base radius-to-thickness on the vibrations and buckling characteristics of spherical shells.
In current study, natural frequency response of fiber metal laminated (FML) fibrous composite panels is optimized under different combination of the three classical boundary conditions using particle swarm optimization (PSO) algorithm and finite strip method (FSM). The ply angles, numbers of layers, panel length/width ratios, edge conditions and thickness of metal sheets are chosen as design variables. The formulation of the panel is based on the classical laminated plate theory (CLPT), and numerical results are obtained by the semi-analytical finite strip method. The superiority of the PSO algorithm is demonstrated by comparing with the simple genetic algorithm.
The paper presents the formulation of 3-nodal line semi-analytical Mindlin-Reissner finite strip in the buckling analysis of thin-walled members, which are subjected to arbitrary loads. The finite strip is simply supported in two opposite edges. The general loading and in-plane rotation techniques are used to develop this finite strip. The linear stiffness matrix and the geometric stiffness matrix of the finite strip are given in explicit forms. To validate the proposed model and study its performance, numerical examples of some thin-walled sections have been performed and the results obtained have been compared with finite element models and the published ones.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2012.08a
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pp.367-367
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2012
We investigate Landau level spectra of twisted bilayer graphene under a perpendicular magnetic field, showing that the layers provide rich electronic structure depending on misoriented angle. New types of excitations with Landau level sequences due to the reflection of interlayer coupling level are matter of interest in the present work. We calculate the electronic structure of bilayer systems with a relative small angle rotation of the two graphene layers. Calculated Landau level spectra for twisted bilayer graphene using a continuum formulation are in good agreement with existing experimental and theoretical studies. Twist angle dependent numerical simulations provide significant insights for the nature of the Landau level spectra in bilayer graphene, combining signals from both massive and massless Dirac fermions. We finally discuss the influence of the graphene layers in the experimental sample that related to the magneto-transport measurements including quantum Hall conductance.
Kim, Mi-Young;Park, Eun-Jae;Thomas, Sunil G.;Wheeler, Mary F.
Journal of the Korean Mathematical Society
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v.44
no.5
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pp.1103-1119
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2007
We consider multiscale mortar mixed finite element discretizations for slightly compressible Darcy flows in porous media. This paper is an extension of the formulation introduced by Arbogast et al. for the incompressible problem [2]. In this method, flux continuity is imposed via a mortar finite element space on a coarse grid scale, while the equations in the coarse elements (or subdomains) are discretized on a fine grid scale. Optimal fine scale convergence is obtained by an appropriate choice of mortar grid and polynomial degree of approximation. Parallel numerical simulations on some multiscale benchmark problems are given to show the efficiency and effectiveness of the method.
This paper considers a global resolution of kinematic redundancy under inequality constraints as a constrained optimal control. In this formulation, joint limits and obstacles are regarded as state variable inequality constraints, and joint velocity limits as control variable inequality constraints. Necessary and sufficient conditions are derived by using Pontryagin's minimum principle and penalty function method. These conditions leads to a two-point boundary-value problem (TPBVP) with natural, periodic and inequality boundary conditions. In order to solve the TPBVP and to find a global minimum, a numerical algorithm, named two-stage algorithm, is presented. Given initial joint pose, the first stage finds the optimal joint trajectory and its corresponding minimum performance cost. The second stage searches for the optimal initial joint pose with globally minimum cost in the self-motion manifold. The effectiveness of the proposed algorithm is demonstrated through a simulation with a 3-dof planar redundant manipulator.
In this paper, we present a robust $H^{\infty}$ controller design method for parameter uncertain time-varying systems with disturbance and that have time-varying delays in both state and control. It is found that the problem shares the same formulation with the $H^{\infty}$ control problem for systems without uncertainty. Through a certain differential Riccati inequality approach, a class of stabilizing continuous controller is proposed. For parameter uncertainties, disturbance and time varying delays, proposed controllers the plant and guarantee an $H^{\infty}$ norm bound constraint on disturbance attenuation for all admissible uncertainties. Finally a numerical example is given to demonstrate the validity of the results.ts.
Geometrically nonlinear axisymmetric bending analysis of shear deformable circular plates on a nonlinear three-parameter elastic foundation was made. Plates ranging from "thin" to "moderately thick" were investigated for three types of material: isotropic, transversely isotropic, and orthotropic. The differential equations were discretized by means of the finite difference method (FDM) and the differential quadrature method (DQM). The Newton-Raphson method was applied to find the solution. A parametric investigation using seven unknowns per node was presented. The novelty of the paper is that detailed numerical simulations were made to highlight the combined effects of the material properties and the boundary conditions on (i) the deflection, (ii) the stress resultants, and (iii) the external load. The formulation was verified through comparison studies. It was observed that the results are highly influenced from the boundary conditions, and from the material properties.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2004.04a
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pp.381-388
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2004
We propose a 2D 'crack' element for the simulation of propagating crack with minimal remeshing. A regular finite element containing the crack tip is replaced with this novel crack element, while the elements which the crack has passed are split into two transition elements. Singular elements can easily be implemented into this crack element to represent the crack-tip singularity without enrichment. Both crack element and transition element proposed in our formulation are mapped from corresponding master elements which are commonly built using the moving least-square (MLS) approximation only in the natural coordinate. In numerical examples, the accuracy of stress intensity factor K/sub I/ is demonstrated and the crack propagation in a plate is simulated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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