Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.25
no.5
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pp.384-390
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2005
In the numerical analysis of En (eddy current testing) using 3-dimensional FEM (finite element method), MVP (magnetic vector potential) and electric scalar potential are used as variables in conductor region. Three dimensional modeling makes number of unknowns increase, and the degree of freedom of variables also makes number of unknowns increase. Because of this reason, modified UP is used to reduce the number of unknowns. Gauge condition is enforced artificially on existing FEM formulations to insure the uniqueness of MVP. So in this paper the effects of these FEM formulation procedures on ECT are investigated and the appropriate FEM formulation is suggested for accurate ECT simulation.
A one-dimensional neutronics formulation is established within the framework of the nonlinear analytic nodal method such that it can result in consistent one-dimensional models that produce the same axial information as their corresponding reference three-dimension81 models. Consistency is achieved by conserving axial interface currents as well as the planar reaction rates of the three-dimensional case. For current conservation, flux discontinuity is introduced in the solution of the two-node problem. The degree of discontinuity, named the current conservation factor, is determined such that the surface averaged axial current of the reference three-dimensional case can be retrieved from the two-node calculation involving the radially collapsed group constants and the discontinuity factor. The current conservation factors are derived from the analytic nodal method and various core configurations are analyzed to show that the errors in K-eff and power distributions can be reduced by a order of magnitude by the use of the current conservation factor with no significant computational overhead.
Kwak, Jun Young;Cho, Haeseong;Chun, Tae Young;Shin, SangJoon;Bauchau, Olivier A.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.16
no.2
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pp.177-189
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2015
This paper presents an all-direct domain decomposition approach for large-scale structural analysis. The proposed approach achieves computational robustness and efficiency by enforcing the compatibility of the displacement field across the sub-domain boundaries via local Lagrange multipliers and augmented Lagrangian formulation (ALF). The proposed domain decomposition approach was compared to the existing FETI approach in terms of the computational time and memory usage. The parallel implementation of the proposed algorithm was described in detail. Finally, a preliminary validation was attempted for the proposed approach, and the numerical results of two- and three-dimensional problems were compared to those obtained through a dual-primal FETI approach. The results indicate an improvement in the performance as a result of the implementing the proposed approach.
A unified formulation of finite layer methods (FLMs), based on the Reissner mixed variational theorem (RMVT), is developed for the three-dimensional (3D) coupled electro-elastic analysis of simply-supported, functionally graded piezoelectric material (FGPM) plates with open- and closed-circuit surface conditions and under electro-mechanical loads. In this formulation, the material properties of the plate are assumed to obey an exponent-law varying exponentially through the thickness coordinate, and the plate is divided into a number of finite rectangular layers, in which the trigonometric functions and Lagrange polynomials are used to interpolate the in- and out-of-plane variations of the primary field variables of each individual layer, respectively, such as the elastic displacement, transverse shear and normal stress, electric potential, and normal electric displacement components. The relevant orders used for expanding these variables in the thickness coordinate can be freely chosen as the linear, quadratic and cubic orders. Four different mechanical/electrical loading conditions applied on the top and bottom surfaces of the plate are considered, and the corresponding coupled electro-elastic analysis of the loaded FGPM plates is undertaken. The accuracy and convergence rate of the RMVT-based FLMs are assessed by comparing their solutions with the exact 3D piezoelectricity ones available in the literature.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.21
no.4
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pp.375-382
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2008
The particular integral formulation for two(2D) and three(3D) dimensional inelastic transient dynamic stress analysis is presented. The elastostatic equation is used for the complementary solution. Using the concept of global shape function, the particular integrals for displacement and traction rates are obtained to approximate acceleration of the inhomogeneous equation. The Houbolt time integration scheme is used for the time-marching process. The Newton-Raphson algorithm for plastic multiplier is used to solve the system equation. Numerical results of four example problems are given to demonstrate the validity and accuracy of the present formulation.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2002.04a
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pp.123-130
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2002
A general formulation for shape design sensitivity analysis over three dimensional beam structure is developed based on a variational formulation of the beam in linear elasticity. Sensitivity formula is derived based on variational equations in cartesian coordinates using the material derivative concept and adjoint variable method for the displacement and Von-Mises stress functionals. Shape variation is considered for the beam shape in general 3-dimensional direction as well as for the orientation angle of the beam cross section. In the sensitivity expression, the end points evaluation at each beam segment is added to the integral formula, which are summed over the entire structure. The sensitivity formula can be evaluated with generality and ease even by employing piecewise linear design velocity field despite the bending model is fourth order differential equation. For the numerical implementation, commercial software ANSYS is used as analysis tool for the primal and adjoint analysis. Once the design variable set is defined using ANSYS language, shape and orientation variation vector at each node is generated by making finite difference to the shape with respect to each design parameter, and is used for the computation of sensitivity formula. Several numerical examples are taken to show the advantage of the method, in which the accuracy of the sensitivity is evaluated. The results are found excellent even by employing a simple linear function for the design velocity evaluation. Shape optimization is carried out for the geometric design of an archgrid and tilted bridge, which is to minimize maximum stress over the structure while maintaining constant weight. In conclusion, the proposed formulation is a useful and easy tool in finding optimum shape in a variety of the spatial frame structures.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.13
no.3
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pp.225-231
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2003
A new three-dimensional thin shell element for a structure containing an integrated distributed piezoelectric sensor and actuator is Proposed. The assumed strain formulation and the bubble function are introduced to improve the performance of the shell element. A finite element formulation gives a general tool that can predict the static or dynamic responses of the shell with piezoelectric sensor/actuator. The verification through the calculation of the static response for the piezoelectric bimorph beam shows that the results agree with those from the theoretical analysis very well. Dynamic response of a shell shows that the reduction of vibration is possible with the introduction of the piezoelectric shell sensor and actuator. However. the curvature of sensor/actuator is an obstacle for application, since the flexible PVDF is not strong enough and the PZT with curvature should be made specially.
The optimum design problem of a coat-hanger die is solved by the inverse formulation. The flow in the die is analyzed using three-dimensional model. The new model for the manifold geometry is developed for the inverse formulation. The inverse problem for the optimum die geometry is formed as the optimization problem whose objective function is the linear combination of the square sum of pressure gradient deviation at die exit and the penalty function relating to the measure of non-smoothness of solution. From the several iterative solutions of the optimization problem, the optimum solution can be obtained automatically while producing the uniform flow rate distribution at die exit.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2001.11a
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pp.225-228
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2001
A new three-dimensional thin shell element for the structure containing an integrated distributed piezoelectric sensor and actuator is proposed. A finite element formulation for the static response of the shell with piezoelectric sensor/actuator is derived. The assumed strain formulation and the bubble function improves the performance of the shell element. The verification through the calculation of the static response for the piezoelectic bimorph beam shows that the results agree with those from the theoretical analysis very well.
In this paper, free vibration finite element analysis of axially moving laminated composite beams subjected to axial tension is studied. It is assumed that the beam has a constant axial velocity and is subject to uniform axial tension. The analysis is based on higher-order theories that have been presented by Carrera Unified Formulation (CUF). In the CUF technique, the three dimensional (3D) displacement fields are expressed as the approximation of the arbitrary order of the displacement unknowns over the cross-section. This higher-order expansion is considered in equivalent single layer (ESL) model. The governing equations of motion are obtained via Hamilton's principle. Finally, several numerical examples are presented and the effect of the ply-angle, travelling speed and axial tension on the natural frequencies and beam stability are demonstrated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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