In this paper, we introduce an efficient new model reduction method, named the automated static condensation method, which is developed for the local analysis of large finite element models. The algebraic multilevel substructuring procedure is modified appropriately, and then applied to the original static condensation method. The retained substructure, which is the local finite element model to be analyzed, is defined, and then the remaining part of the global model is automatically partitioned into many omitted substructures in an algebraic perspective. For an efficient condensation procedure, a substructural tree diagram and substructural sets are established. Using these, the omitted substructures are sequentially condensed into the retained substructure to construct the reduced model. Using several large practical engineering problems, the performance of the proposed method is demonstrated in terms of its solution accuracy and computational efficiency, compared to the original static condensation method and the superelement technique.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.27
no.1
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pp.193-200
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2021
In this study, an analysis technique using static condensation is proposed for an efficient local nonlinear static analysis. The static condensation method is a model reduction method based on the degrees of freedom, and the analysis model is divided into a target part and a condensed part to be omitted. In this study, the nonlinear and linear parts were designated to the target and the omitted parts, respectively, and both the stiffness matrix and load vector corresponding to the linear part were condensed into the nonlinear part. After model condensation, the reduced model comprising the stiffness matrix and the load vector for the nonlinear part is constructed, and only this reduced model was updated through the Newton-Raphson iteration for an efficient nonlinear analysis. Finally, the efficiency and reliability of the proposed analysis technique were presented by applying it to various numerical examples.
A direct and relatively simple method for controlling nodal displacements and/or internal bar forces has been developed for prestressable structural assemblies including complex elements ("macro-elements", e.g., the pantographic element), involving Matrix Condensation, in which structural matrices being built up from matrices of elementary elements. The method is aimed at static shape control of geometrically sensitive structures. The paper discusses identification of the most effective bars for actuation, without incurring violation in bar forces, and also with objective of minimal number of actuators or minimum actuation. The advantages of the method is that the changes for both force and displacement regimes are within a single formulation. The method can also be used for adjustment of bar forces to either reduce instances of high forces or increase low forces (e.g., in a cable nearing slack).
The systematic method to construct equivalent static load from the given dynamic load is proposed in the present study. Previously reported works to construct equivalent static load were based on ad hoc methods. They may results in unreliable structural design. The present study proposes a selection scheme of degrees of freedom(d.o.f) for imposing the equivalent static loads. The d.o.fs are selected by Two-level condensation scheme(TLCS). TLCS consists of two two-steps. The first step is the energy estimation in element-level and the second step consists of the traditional sequential elimination precudure. Through several numerical examples, the efficiency and reliability of proposed scheme is verified.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2016.02a
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pp.157.2-157.2
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2016
Water repellent surfaces may enhance the condensation by efficiently removing the condensed droplets. However, such surfaces may lose their original performance as they are exposed to external mechanical stresses. In this work, we fabricated spray-coated mechanically robust superhydrophobic surfaces using treated titanium dioxide (Type 1) or silica particles (Type 2). Then we compared the mechanical robustness of such surfaces with the silane-coated superhydrophobic surface and PEEK coated surface using a controlled-sand blasting method. The results show that the spray-coated samples can maintain the same level of the contact angle hysteresis than silane-coated superhydorphobic surface after sand blasting at 2 bar. The spray-coating method was applied to the tube type condenser and the condensation behaviors were observed within the environmental chamber with controlled pressure, humidity and non-condensable gas. Previously-reported droplet jumping was observed in the early stage of the condensation event, but soon the droplet jumping stopped and only dropwise condensation was observed since the condensed droplets were pinned on the cracks at spray-coated surfaces. The static contact angle decreases from $158.0^{\circ}$ to $133.2^{\circ}$, and hysteresis increases from $3.0^{\circ}$ to $23.5^{\circ}$ when active condensation occurs on such surfaces. This work suggests the benefits and limitation of spray-coated superhydrophobic condensers and help develop advanced condensers for practical use.
Prandtl-Meyer expansion flow with homogeneous condensation is investigated experimentally and by numerical computations. The steady and unsteady periodic behaviors of the diabatic shock wave due to the latent heat released by condensation are considered with a view of technical application to the condensing flow through steam turbine blade passages. A passive control method using a porous wall and cavity underneath is applied to control the diabatic shock wave. Two-dimensional, compressible Navier-Stokes with the nucleation rate equation are numerically solved using a third-order TVD (Total Variation Diminishing) finite difference scheme. The computational results reproduce the measured static pressure distributions in passive and no passive Prandtl-Meyer expansion flows with condensation. From both the experimental and computational results, it is found that the magnitude of steady diabatic shock wave can be considerably reduced by the present passive control method. For no passive control, it is found that the diabatic shock wave due to the heat released by condensation oscillates periodically with a frequency of 2.40㎑. This unsteady periodic motion of the diabatic shock wave can be completely suppressed using the present passive control method.
The characteristics of Prand시-Meyer expansion of supersonic flow with condensation along a wavy wall in a channel are investigated by means of experiments and numerical analyses. Experiments are carried out for the case of moist air flow in an intermittent indraft supersonic wind tunnel. The flow fields are visualized by a Schlieren system and the distributions of static pressure along the upper wavy wall are measured by a scanning valve system with pressure transducers. In numerical analyses, the distributions of streamlines, Mach lines, iso-pressure lines, and iso-mass fractions of liquid are obtained by the two-dimensional direct marching method of characteristics. The effects of stagnation temperature, absolute humidity, and attack angle of the upper wavy wall on the generation and the locations of generation and reflection of an oblique shock wave are clarified. Futhermore, it is confirmed that the wavy wall plays an important role in the generation of an oblique shock wave and that the effect of condensation on the flow fields is apparent.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.6
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pp.1582-1589
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1994
The characteristics Prandt1-Meyer expansion of supersonic flow with condensation through a wavy wall in a channel are investigated by experiment and numerical direct marching method of characteristics. In the present study, for the case of moist air flow in the type of indraft supersonic wind tunnel, the dependency of location of formation and reflection of the oblique shock wave generated by the wavy wall and the distribution of flow properties, on the specific humidity and temperature at the entrance of wavy wall and the attack angle of the wavy wall to the main stream is clarified by schlieren photograph, distribution of static pressure and Mach number, and plots of numerical results. Also, we confirm that the wavy wall plays an important key role in the formation of oblique shock wave, and that the effect of condensation on the flow field appears apparently.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1995.10a
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pp.625-628
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1995
A static/implicit finite element code for sheet forming (ITAS3D) is parallelized on IBM SP 6000 multi-processor computer. Computing-load-balanced domain decomposition method and the direct solution method at each subdomain (and interface) equation are developed. The system of equations for each subdomain are constructed by condensation and calculated on each processor. Approximated operation counts are calculated to set up the nonlinear equation system for balancing the compute load on each subdomain. Th esquare cup tests with several numbers of elements are used in demonstrating the performance of this parallel implementation. This procedure are proved to be efficient for moderate number of processors, especially for large number of elements.
The number of measured degrees of freedom for detecting the damage of any structures is usually less than the number of model degrees of freedom. It is necessary to expand the measured data to full set of model degrees of freedom for updating modal data. This study presents the expansion methods to estimate all static displacements and dynamic modal data of finite element model from the measured data. The static and dynamic methods are derived by minimizing the variation of the potential energy and the Gauss's function, respectively. The applications illustrate the validity of the proposed methods. It is observed that the numerical results obtained by the static approach correspond with the Guyan condensation method and the derived static and dynamic approaches provide the fundamental idea for damage detection.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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