A concept of hierarchical modeling, the newest modeling technology. has been introduced early In 1990. This nu technology has a goat potential to advance the capabilities of current computational mechanics. A first step to Implement this concept is to construct hierarchical models, a family of mathematical models which are sequentially connected by a key parameter of the problem under consideration and have different levels in modeling accuracy, and to investigate characteristics In their numerical simulation aspects. Among representative model problems to explore this concept are elastic structures such as beam-, arch-. plate- and shell-like structures because the mechanical behavior through the thickness can be approximated with sequential accuracy by varying the order of thickness polynomials in the displacement or stress fields. But, in the numerical analysis of hierarchical models, two kinds of errors prevail: the modeling error and the numerical approximation errors. To ensure numerical simulation quality, an accurate estimation of these two errors Is definitely essential. Here, a local a posteriori error estimator for elastic structures with thin domain such as plate- and shell-like structures Is derived using element residuals and flux balancing technique. This method guarantees upper bounds for the global error, and also provides accurate local error Indicators for two types of errors, in the energy norm. Comparing to the classical error estimators using flux averaging technique, this shows considerably reliable and accurate effectivity indices. To illustrate the theoretical results and to verify the validity of the proposed error estimator, representative numerical examples are provided.
A concept of hierarchical modeling, the newest modeling technology, has been introduced in early 1990's. This new technology has a great potential to advance the capabilities of current computational mechanics. A first step to implement this concept is to construct hierarchical models, a family of mathematical models sequentially connected by a key parameter of the problem under consideration and have different levels in modeling accuracy, and to investigate characteristics in their numerical simulation aspects. Among representative model problems to explore this concept are elastic structures such as beam-, arch-, plate- and shell-like structures because the mechanical behavior through the thickness can be approximated with sequential accuracy by varying the order of thickness polynomials in the displacement or stress fields. But, in the numerical, analysis of hierarchical models, two kinds of errors prevail, the modeling error and the numerical approximation error. To ensure numerical simulation quality, an accurate estimation of these two errors is definitely essential. Here, a local a posteriori error estimator for elastic structures with thin domain such as plate- and shell-like structures is derived using the element residuals and the flux balancing technique. This method guarantees upper bounds for the global error, and also provides accurate local error indicators for two types of errors, in the energy norm. Compared to the classical error estimators using the flux averaging technique, this shows considerably reliable and accurate effectivity indices. To illustrate the theoretical results and to verify the validity of the proposed error estimator, representative numerical examples are provided.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2005.04a
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pp.51-54
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2005
Shape memory alloys (SMAs) find many applications in smart composite structural systems as the active components. Their ability to provide a high force and large displacement makes them an excellent candidate for an actuator for controlling the shape of smart structures. In this paper, using a macroscopic model that captures the thermo-mechanical behaviors and the two-way shape memory effect (TWSME) of SMAs smart morphing polymeric composite shell structures like shape-changeable UAV wings is demonstrated and analyzed numerically and experimentally when subjected to various kinds of pressure loads. The controllable shapes of the morphing shells to that thin SMA strip actuator are attached are investigated depending on various phase transformation temperatures. SMA strips start to transform from the martensitic into the austenitic state upon actuation through resistive heating, simultaneously recover the prestrain, and thus cause the shell structures to deform three dimensionally. The behaviors of composite shells attached with SMA strip actuators are analyzed using the finite element methods and 3-D constitutive equations of SMAs. Several morphing composite shell structures are fabricated and their experimental shape changes depending on temperatures are compared to the numerical results. That two results show good correlations indicates the finite element analysis and 3-D constitutive equations are accurate enough to utilize them for the design of smart composite shell structures for various applications.
Using deep images taken at Maidanak 1.5m telescope, at McDonald 2.1m telescope and Canada-France-Hawaii Telescope, Dupont 2.5m telescope we investigated the fraction of merging galaxies in hosts of 39 AGN which are brighter than M = -22 mag and nearer than z = 0.3. We found that 16 to 17 of 39 AGN host galaxies show the evidence of mergers like tidal tail, shell via careful visual inspection. We also studied with the merging fraction of a control sample, SDSS Stripe82 early type galaxies of which surface brightness limit and bulge magnitude are similar to that of the AGN sample. We found that merging fraction of the AGN sample is higher than that of early type galaxy samples in the whole range of bulge magnitude. This result implies that AGN activity may be correlated with merging. We also investigated the detailed morphology of merging feature. At least - 1/4 of control samples classified as a tidal and tidal+dust are shell structures. On the other hand only one (5.9%) of AGN sample classified as merger shows shell structures, and almost all merging AGNs show tidal tail features. From point of view that tidal tail may be at the early stage of merging, and shell may be at the late stage of mergers, this result suggests that AGN might be evolved into early-type galaxies after merging.
Using deep images taken at Maidanak 1.5m telescope, at McDonald 2.1m telescope and Canada-France-Hawaii Telescope, we investigated the fraction of merging galaxies in hosts of 26 AGN which are brighter than M = -22.2 mag and nearer than z = 0.2. We found that 9 to 12 of 26 AGN host galaxies show the evidence of mergers like tidal tail, shell via visual inspection. We also studied with the merging fraction of a control sample, SDSS Stripe82 galaxies. Surface brightness limit and magnitude are similar to that of the AGN sample. We found that merging fraction of the AGN sample is higher than that of normal galaxy samples. This result implies that AGN activity may be correlated with merging. We also investigated the detailed morphology of merging feature. About ~1/4 of control sample classified as a tidal and tidal+dust are shell structures. On the other hand only one of the AGN sample shows shell structures. Almost all merging AGNs show tidal tail features. From point of view that tidal tail may be at the early stage of merging, and shell may be at the late stage of mergers, this result implies that AGN may be evolved into early-type galaxies after merging.
The standard numerical approximation of structural displacement field leads to the thickness-wise transverse shear stress distributions which are quite different from the exact ones. To overcome this inherent problem, an effective and reliable post-processing method is presented based on the strain recovery and the stress equilibrium, particularly for functionally graded cylindrical and conical elastic panels. The present method is developed in the framework of locking-free 2-D natural element method. Through the recovery of displacement component-wise derivatives, the element-wise discontinuous in-plane strain distributions are enhanced to be globally continuous and smoothened. And, using the continuous in-plane strains, the troublesome poor transverse shear stress distributions are enhanced through the thickness-wise integration of static equilibrium equations. The validity of present post-processing method is verified through the comparison with the reference solutions. In addition, the comparative experiments are also performed to investigate the difference between the present method and other available post-processing methods. The numerical results confirm that the present method provides the accurate transverse shear stress distributions which are consistent with the reference solutions and much better than other available methods.
In this paper, the optimal design of vibration control system for smart structures has been investigated semi-analytically via the optimization of geometric parameters like the placements and sizes of piezoelectric sensors and actuators (S/As) bonded on the structures. The criterion based on the maximization of energy dissipation was adopted for the optimization of the control system. Based on the sensing and actuating equations, the total energy stored in the system which is used as the objective function was analytically derived with design variables explicitly presented. Two cases of single and combined vibration modes were addressed for a simply supported beam and a simply supported cylindrical shell. For single vibration mode, the optimal distributions of the piezoelectric S/As could be obtained analytically. However, the Sequential Quadratic Programming (SQP) method has to be employed to solve those which violated the prescribed constraints and to solve the case of combined vibration modes. The results of three examples, which include a simply supported beam, a simply supported cylindrical shell and a simply supported plate, showed good agreement with those obtained by the Genetic Algorithm (GA) method. Moreover, in comparison with the GA method, the proposed method is more effective in obtaining better optimization results and is much more efficient in terms of computation time.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.16
no.2
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pp.206-222
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2015
This work uses different finite element approaches to the free vibration analysis of reinforced shell structures, and a simplified model of a typical launcher with two boosters is used as an example. The results obtained using a refined one-dimensional (1D) beam model are compared to those obtained with commercial finite element software. The 1D models that are used in the present work are based on the Carrera Unified Formulation (CUF), which assumes a variable kinematic displacement field over the cross-sections of the beam. Two different sets of polynomials that correspond to Taylor (TE) or Lagrange (LE) expansions were used. The analyses focused on three reinforced structures: a stiffened panel, a reinforced cylinder and the complete structure of the launcher. The frequencies and natural modes obtained using one-dimensional models are compared to those obtained from classical finite element analysis. The classical FE models were built using a beam-shell or solid elements, and the results indicate that the refined beam models can in fact be used to investigate the behavior of very complex reinforced structures. These models can predict the shell-like modes that are typical of thin-walled structures that cannot be detected using classical beam models. The refined 1D models used in the present work provide results that are as accurate as those from solid FE models, but the 1D models have a much lower computational cost.
We analyzed the line profiles of the planetary nebula (PN) NGC 7009 secured with the Keck I HIES and BOES's spectral data. The 5 positions were taken over the nebular image, 4 points on the bright rim plus 1 point at the central position. The covered spectral wavelength range was $3250{\AA}-8725{\AA}$ in these observations. We decomposed the lines of HI, HeI, HeII, CII, NIII, [ClIII], [NII], [OII], [OIII], [SII], [SIII], [ClIII], and [ArIII] using the IRAF and StarLink/Dipso. After correcting the Earth's movement and the PN's radial velocities, -48.6 & -48.9 km/s, respectively, for the Keck & BOES, we produced the line profiles in a velocity scale. The zero velocity at each line profile clearly indicates which part of the components is approaching or receding, giving a general information of the kinematical structure. Almost all of the low-to-medium excitation lines, such as [NII], [SII], [O III], and [ArIII], secured at the central position and four positions along the major & minor axes, showed 3 components, double peak + a wide wing component, suggesting the fast outflow structures are present. The overall geometry is a prolate shell which also has a fainter outer shell in the halo zone, but there appears to be some peculiar sub-structures inside the main shell. The high excitation He I, HeII, NIII lines which might be formed close to the inner boundary of the shell show unusual features, completely different from the other lines. The HeII and these high excitation lines may be indicative of a relative recent fast outflow from the central star and the permitted lines such as NIII might be affected by the innermost structure. We discuss a possible presence of a jet-like fast outflow structure in an out-flow axis different from the main axis of the spheroid shell.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.10
no.1
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pp.119-126
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2010
The some papers which deal with the dynamic instability for shell-like structures under the dynamic excitation have been published, but there are few papers which treat the essential phenomenon of the dynamic buckling using the phase plane for investigating occurrence of chaos. In nonlinear dynamic, examining the characteristics of attractor on the phase plane and investigating the dynamic buckling process are very important thing for understanding why unstable phenomena are sensitively originated by various initial conditions. In this study, the direct and indirect snapping of shallow EP shell considering geometrical nonlinearity are investigated by Galerkin method numerically. This finding out the characteristic of the dynamic instability through the phases curves and running response spectrum.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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