Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.11
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pp.2932-2943
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1994
An efficient approach to the automatic construction of effective quadrilateral finite element meshes for two-dimensional analysis is presented. The procedure is composed of, firstly, an initial mesh generation and, secondly, an h-version of adaptive refinement based on error analysis. As for an initial mesh generation scheme, a modified looping algorithm has been employed. For the adaptive refinement process, an error indicator obtained by computing the residual error of the equilibrium equations in the energy norm with a relaxation factor has been employed. Examples of mesh generation and self-adaptive mesh improvements are given. These example solutions demonstrate that an effective mesh for a given error tolerance can be obtained in a few steps of the analysis processes.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.13
no.5
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pp.29-37
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1993
The extension of the weighted integral method in the area of stochastic finite element analysis is presented. The use of weighted integral method in numerical analysis was extended to CST(constant strain triangle) element by Deodatis to calculate the response variability of 2D stochastic systems. In this paper, the extension of the weighted integral method for general plane-elements is represented. It has been shown that the same mesh used in the deterministic FE analysis can be used in the stochastic FE analysis. Furthermore, because the CST element is a special case which has constant strain-displacement matrix the mingling of CST elements with the other quadrilateral elements in the analysis may also be possible.
Various transition elements are generally used for the effective analysis of a complicated mechanical structure. In this paper, a solid-to-beam transition finite element which connects a continuum element and a $c^1-continuity$ beam element each other is proposed. The shape functions of the transition finite elements, which a 8-noded hexahedral solid element fur 3D analysis and a 4-noded quadrilateral plane element fur 2D analysis are connected to a Euler's beam element, are explicitely formulated. In order to show the effectiveness and convergence characteristics of the proposed transition elements. numerical tests are performed for various examples and their results are compared with those obtained by other methods. As the result of this study. following conclusions are obtained: (1)The proposed transition finite elements show the monotonic convergence characteristics because of having used the compatible displacement folds. (2)As being used the transition element in the finite element analysis, the finite element modelings are more convenient and the analysis results are more accurate because of the formulation characteristies of the Euler's beam element.
A four-noded plate bending quadrilateral (PBQ4) and an eight-noded plate bending quadrilateral (PBQ8) element based on Mindlin plate theory have been adopted for modeling the thick plates on elastic foundations using Winkler model. Transverse shear deformations have been included, and the stiffness matrices of the plate elements and the Winkler foundation stiffness matrices are developed using Finite Element Method based on thick plate theory. A computer program is coded for this purpose. Various loading and boundary conditions are considered, and examples from the literature are solved for comparison. Shear locking problem in the PBQ4 element is observed for small value of subgrade reaction and plate thickness. It is noted that prevention of shear locking problem in the analysis of the thin plate is generally possible by using element PBQ8. It can be concluded that, the element PBQ8 is more effective and reliable than element PBQ4 for solving problems of thin and thick plates on elastic foundations.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.9
s.180
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pp.2292-2301
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2000
We propose an accurate and efficient estimation method of transverse shear stresses for analysis and design of laminated composite structures by 4-node quadrilateral degenerated shell elements. To get proper distributions of transverse shear stresses in each layer, we use 3-dimensional equilibrium equations instead of constitutive equations with shear correction factors which vary diversely according to the shapes of shell sections. Three dimensional equilibrium equations are integrated through the thickness direction with complete polynomial membrane stress fields, which are recovered by REP (Recovery by Equilibrium in Patches) recovery method. The 4-node quadrilateral degenerated shell element used in this paper has drilling degrees of freedom and shear stresses derived from assumed strain fields that are set up at natural coordinate systems. The numerical results demonstrate that the proposed estimation method attains reasonable accuracy and efficiency compared with other methods and FE analysis using 4-node degenerated shell elements.
This paper deals with the development of h-version adaptive mesh refinement and recovery strategy using variable-node elements and its application to various engineering field problems with 2D quadrilateral and 3D hexahedral models. The variable-node elements which have variable mid-side nodes on edges or faces are effectively used in overcoming some problems in connecting the different layer patterns of the transition zone between the refined and coarse mesh. A modified recovery technique of gradients adequate for variable-node elements and proper selection of error norms for each engineering field problems are proposed. In the region in which the error is greater than the permissible refinement error, the mesh is locally refined by subdivision. Reversely, in some parts of the domain having the error smaller than the permissible recovery error, the mesh is locally recovered (coarsened) by combination. Hierarchical structures (e.g. quadtrees and octrees) and element-based storage structures are composed to perform this adaptive process of refinement and recovery. Some numerical examples of a 3D heat conduction analysis of the concrete with hydration heat and a 2D flow analysis of vortex shedding show effectiveness and validity of the proposed scheme.
The conventional finite element formulations for incompressible materials show pressure oscillations or pressure modes in four-node quadrilateral elements of commonly used displacement and pressure interpolations. The criterion for the stability in the pressure solution is the so-called Babugka-Brezzi stability condition, and the above elements do not satisfy this condition. In this study, a pressure continuity residual based on the pressure discontinuity at element interfaces is used to study the stabilization of pressure solutions in bilinear displacement-constant pressure four-node quadrilateral elements. This pressure residual is implemented in Q1P0 element derived from the conventional incompressible elasticity. The pressure solutions can be stable with the pressure residual though they exhibit sensitivity to the stabilization parameters. Parametric study for the solution stabilization is also discussed.
This paper presents a four-noded quadrilateral $C^0$ strain plate element for the analysis of thick laminated composite plates. The element formulation is based on: 1) the third-order shear deformation theory; 2) assumed strain element formulation; and 3) interrelated edge displacements and rotations along element boundaries. Unlike the existing displacement-type composite plate elements based on the third-order theory, which rely on the $C^1$-continuity formulation, the present plate element is of $C^0$-continuity, and its element stiffness matrix is evaluated explicitly. Because of the third-order expansion of the in-plane displacements through the thickness, the resulting theory and hence elements do not need shear correction factors. The explicit element stiffness matrix makes the present element more computationally efficient than the composite plate elements using numerical integration for the analysis of thick layered composite plates.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.9
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pp.1091-1097
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2011
The SGBEM-FEM alternating method has been known to be a very effective method for analyzing threedimensional cracks in a finite body. The accurate values of the stress intensity factor can be obtained for a general planar or nonplanar three-dimensional crack. In the existing method, eight-noded quadrilateral boundary elements are used to model a crack. In some cases, three-node triangle boundary elements are more convenient for the modeling of a crack with a general shape. In this study, a crack is modeled with three-noded triangular and seven-noded quadrilateral elements by using the advancing-front mesh generation method. The stress intensity factors are obtained for cracks with several shapes and the accuracy of results is examined.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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