In [6, 7] they introduced a new finite element method for accurate numerical solutions of Poisson equations with corner singularities. They consider the Poisson equations with homogeneous boundary conditions, compute the finite element solutions using standard FEM and use the extraction formula to compute the stress intensity factor(s), then they posed new PDE with a regular solution by imposing the nonhomogeneous boundary condition using the computed stress intensity factor(s), which converges with optimal speed. From the solution they could get an accurate solution just by adding the singular part. They considered a partial differential equation with the input function f ∈ L2(Ω). In this paper we consider a PDE with the input function f ∈ H1(Ω) and find the corresponding singular and dual singular functions. We also induce the corresponding extraction formula which are the basic element for the approach.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.7
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pp.1255-1265
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1992
Under uniform heat flow, the thermal stress intensity factors for the interfacial crack on a rigid cusp-type inclusion are determined by Hilbert problem expressed with complex variable. The thermal stress intensity factors are expressed in terms of the periodic function of heat flow angle. When the tip of the interfacial crack meets that of the cusp crack, the thermal stress intensity factors have singularities. The thermal stress intensity factors at the interfacial crack tip located in the distance from the cusp crack tip vary with the location of the interfacial crack tip. From the results of the analysis, the complex potential functions and the thermal stress intensity factors for the cusp-type inclusion without the interfacial crack are derived under the cusp surface boundary conditions insulated or fixed to zero relative temperature.
The elastic analysis of floor slabs using the p-version of finite element method encounters stress singularities at certain types of reentrant corners, openings and cut-outs. Results obtained using the computer code based on C.deg. - hierarchic plate element formulated by Reissner-Mindlin theory are compared with theoretical predictions and with computational results reported in the literature. The convergence rate of h-, p- and hp-version can be estimated on the basis of the energy norm in global sense. If accuracy in terms of the number of degree-of-freedom is used as a criterion, the solutions presented here are the most efficient that have been published up to date. Examples are the rhombic plate with the obtuse angle of 150.deg. and the square plate with cut-outs.
Recently the first author and his coworker report a new finite element method for the Poisson equations with homogeneous Dirichlet boundary conditions on a polygonal domain with one re-entrant angle [7], They use the well-known fact that the solution of such problem has a singular representation, deduced a well-posed new variational problem for a regular part of solution and an extraction formula for the so-called stress intensity factor using tow cut-off functions. They use Fredholm alternative an Garding's inequality to establish the well-posedness of the variational problem and finite element approximation, so there is a maximum bound for mesh h theoretically. although the numerical experiments shows the convergence for every reasonable h with reasonable size y imposing a restriction to the support of the extra cut-off function without using Garding's inequality. We also give error analysis with similar results.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.6
no.4
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pp.291-298
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2003
Interfacial crack problems between fiber and matrix in composite materials are discussed. A series of interfacial crack initiation and propagation experiments are conducted using the biaxial loading device for various mode-mixes. Normal crack opening displacement (NCOD) is measured near crack front by a crack opening interferometry and used for extracting fracture parameters. From mixed mode interfacial crack initiation experiments, large increase in toughness with shear components is observed. Initial velocity of crack propagation is very dependent upon the mode-mixes. It increased with positive mode-mix due to the increase of stress singularities ahead of crack front and decreased with negative mode-mix resulting from the increase of the degree of compressive stress behind the crack front. Crack propagation was less accelerated with positive mode-mix than the negative mode-mix.
The precise form of singular functions, singular function representation and the extraction form for the stress intensity factor play an important role in the singular function methods to deal with the domain singularities for the Poisson problems with most common boundary conditions, e.q. Dirichlet or Mixed boundary condition [2, 4]. In this paper we give an elementary step to get the singular functions of the solution for Poisson problem with Neumann boundary condition or Robin boundary condition. We also give singular function representation and the extraction form for the stress intensity with a result showing the number of singular functions depending on the boundary conditions.
As an improvement on the isoparametric element method, the derivation presented in this paper is close to that done by Wang (1990) for the 2-D finite element. We extend this idea to solve 3-D crack problems in this paper. A new displacement modelling is constructed with local solutions of three-dimensional cracks and a quasi-compatible isoparametric element for three-dimensional fracture mechanics analysis is presented. The stress intensity factors can be solved directly by means of the present method without any post-processing. A new method for calculating the stress intensity factors of three-dimensional cracks with complex geometries and loads is obtained. Numerical examples are given to demonstrate the validity of the present method. The accuracy of the results obtained by the proposed element is demonstrated by solving several crack problems. The results illustrate that this method not only saves much calculating time but also increases the accuracy of solutions. Because this quasi-compatible finite element of 3-D cracks contains any singularities and easily meets the requirement of compatibility, it can be easily implemented and incorporated into existing finite element codes.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.3
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pp.345-352
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2013
In this research, a study on stress shape functions was conducted to analyze the contact stress problem by using a hybrid photoelasticity. Because the contact stress problem is generally solved as a half-plane problem, the relationship between two analytical stress functions, which are compositions of the Airy stress function, was similar to one of the crack problem. However, this relationship in itself could not be used to solve the contact stress problem (especially one with singular points). Therefore, to analyze the contact stress problem more correctly, stress shape functions based on the condition of two contact end points had to be considered in the form of these two analytical stress functions. The four types of stress shape functions were related to the stress singularities at the two contact end points. Among them, the primary two types used for the analysis of an O-ring were selected, and their validities were verified in this work.
Ha Chung-In;Kang Sung-Won;Kim Myung-Hyun;Kim Man-Soo;Sohn Sang-Yong;Heo Joo-Ho
Journal of Welding and Joining
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v.24
no.3
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pp.27-33
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2006
Structural stress approach is well known as a mesh-size insensitive fatigue assessment method by using finite element analyses. It is, however, difficult to estimate the structural stress (SS) at weld end points due to stress singularities when shell elements are used. In this study, fatigue evaluations with longitudinal load carrying box fillet weldment under out-of-plane bending load have been performed by using virtual node method (VNM) in order to avoid the problem, which is called the weld end effect. Various combinations of virtual node parameters, such as reference point and virtual node locations, are investigated for the estimation of proper structural stress values applying VNM in a systematic manner. The appropriate guidance of virtual node parameter has been offered for the fillet weldment considered in the study. The structural stress values obtained by VNM have also been validated by comparing the result with finite element model including weld bead. Moreover, the fatigue strength of the fillet weldment based on the equivalent structural stress is shown to be consistent with the master S-N curve.
In this paper, the scattering of harmonic elastic anti-plane shear waves by two collinear cracks in functionally graded materials is investigated by means of nonlocal theory. The traditional concepts of the non-local theory are extended to solve the fracture problem of functionally graded materials. To overcome the mathematical difficulties, a one-dimensional non-local kernel is used instead of a two-dimensional one for the anti-plane dynamic problem to obtain the stress field near the crack tips. To make the analysis tractable, it is assumed that the shear modulus and the material density vary exponentially with coordinate vertical to the crack. By use of the Fourier transform, the problem can be solved with the help of a pair of triple integral equations, in which the unknown variable is the displacement on the crack surfaces. To solve the triple integral equations, the displacement on the crack surfaces is expanded in a series of Jacobi polynomials. Unlike the classical elasticity solutions, it is found that no stress singularities are present at crack tips.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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