Recently we formulated a 2D hybrid stress element from the 3D Hellinger-Reissner principle for the analysis of thick bodies that are symmetric to the thickness direction. Polynomials have typically been used for all the displacement and stress fields. Although the element predicted the dominant stress and all displacement fields accurately, its prediction of the out-of-plane shear stresses was affected by the very high order terms used in the polynomials. This paper describes an improved formulation of the 2D element using Fourier series expansion for the out-of-plane displacement and stress fields. Numerical results illustrate that its predictions have markedly improved.
Friction problems involving rubber components are frequently encountered in industrial applications. Their treatment within the framework of numerical simulations by means of the Finite Element Method (FEM) is the main issue of this paper. Special emphasis is placed on the choice of a suitable material model and the formulation of a contact model specially designed for the particular characteristics of rubber friction. A coupled thermomechanical approach allows for consideration of the influence of temperature on the frictional behavior. The developed tools are implemented in the commercial FE code ABAQUS. They are validated taking the sliding motion of a rubber tread block as example. Such simulations are frequently encountered in tire design and development. The simulations are carried out with different formulations for the material and the frictional behavior. Comparison of the obtained results with experimental observations enables to judge the suitability of the applied formulations on a structural scale.
Non-conforming membrane elements which have variable number of mid-side nodes with drilling degrees of freedom and which is designated as NMDx have been presented in this paper. The non-conforming elements with variable number of mid-side nodes can be efficiently used in the local mesh refinement for the in-plane structures. To guarantee the developed elements always pass the patch test, the direct modification method is incorporated into the element formulation. Detailed numerical tests in this study show the validity of the variable node NC elements developed in this study and a wide applicability of these elements to practical problems.
The present paper is concerned with the optimal control and/or design of symmetric and antisymmetric composite laminate with two piezoelectric layers bonded to the opposite surfaces of the laminate, and placed symmetrically with respect to the middle plane. For the optimal control problem, Liapunov-Bellman theory is used to minimize the dynamic response of the laminate. The dynamic response of the laminate comprises a weight sum of the control objective (the total vibrational energy) and a penalty functional including the control force. Simultaneously with the active control, thicknesses and the orientation angles of layers are taken as design variables to achieve optimum design. The formulation is based on various plate theories for various boundary conditions. Explicit solutions for the control function and controlled deflections are obtained in forms of double series. Numerical results are given to demonstrate the effectiveness of the proposed control and design mechanism, and to investigate the effects of various laminate parameters on the control and design process.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.14
no.11
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pp.964-971
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2002
A numerical investigation of the constrained melting of phase change materials within spherical-like capsule is presented. A single-domain enthalpy formulation is used for simulation of the phase change phenomenon. The solution methodology is verified with the melting process inside an isothermal spherical capsule. Especially, the effect of capsule shape on the heat storage is emphasized. Two shape parameters are considered from the real capsule shape showing good characteristics of heat storage and the effect of these parameters is examined. Early during the melting process, the conduction mode of heat transfer is dominant. Thus the capsule shape with large surface area is desirable. However, the capsule shape with large surface area plays negative role on the strength of buoyancy-driven convection that becomes more important as melting continues.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2002.10a
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pp.86-93
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2002
A new error estimation method is proposed. This utilizes the variation of energy functional about the mapping function between the global and the master elements. The resultant system of equations is the weak form of the generalized conservation checks. However, This formulation has an important information about the relations between the connected elements. In other words, some relations between the connected elements are obtained and these can be used very usefully to measure it posteriori error. In this paper, the explicit formulations are presented for the 1-dimensional model and the 2-dimensional model problems. Numerical results are provided for first order shear deformation theody of beam model and the plane stress problem.
This paper describes formulation for algorithm of time historical response analysis of vibration for straight-line structure. This method is derived from a combination of the transfer stiffness coefficient method and the Newmark method. And this present method improves the computational accuracy of the transient vibration response analysis remarkably owing to several advantages of the transfer stiffness coefficient method. We regarded the structure as a lumped mass system here. The analysis algorithm for the time historical response was formulated for the straight-line structure containing crooked, tree type system. The validity of the present method compared with the transfer matrix method and the Finite Element Method for transient vibration analysis is demonstrated through the numerical computations.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1997.10a
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pp.249-253
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1997
A numerical method for evaluating the equilibrium path of cylindrical shell subject to axial load and eccentrically axial load is presented. The effects of both material and geometric nonlinearities were also considered in the analysis. The nonlinear formulation was based on the total Lagrangian description and nonlinear equtions were solved by the Newton-Raphson method with load increment procedures. Degenerate shell elements with layered approach were employed for the analysis. The elasto-plastic deformation can be found in several examples and a large eccentricity of the axial load reduces the stress level at the time of the local buckling of the pipe considerably.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2007.04a
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pp.471-474
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2007
A domain/boundary decomposition technique is applied to carry out efficient finite element analyses of 3-D contact problems. Appropriate penalty functions are selected for connecting an interface and contact interfaces with neighboring subdomains that satisfy continuity constraints. As a consequence, all the effective stiffness matrices have positive definiteness, and computational efficiency can be improved to a considerable degree. If necessary, any complex-shaped 3-D domain can be divided into several simple-shaped subdomains without considering the conformity of meshes along the interface. With a set of numerical examples, the basic characteristics of computational efficiency are investigated carefully.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2007.04a
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pp.663-668
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2007
An enhanced first shear deformation theory for composite plate is developed. The detailed process is as follows. Firstly, the theory is formulated by modifying higher order zigzag theory. That is, the higher order theory is separated into the warping function representing the higher order terms and lower order terms. Secondly, the relationships between higher order zig-zag field and averaged first shear deformation field based on the Reissner-Mindlin's plate theory are derived. Lastly, the effective shear modulus is calculated by minimizing error between higher order energy and first order energy. Then the governing equation of FSDT is solved by substituting shear modulus into effective shear modulus. The recovery processing with the nodal unknown obtained from governing equation is performed. The accuracy of the present proposed theory is demonstrated through numerical examples. The proposed method will serve as a powerful tool in the prediction of laminated composite plate.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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