Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2005.04a
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pp.134-136
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2005
Homogenization method is adopted to predict the permeability tenor for glass fiber plain woven fabrics. Calculating the permeability tensor numerically is an encouraging task because the permeability tensor is a key parameter in resin transfer molding (RTM). Based on multi-scale approach of the homogenization method, the permeability for the micro-unit cell within fiber tow is computed and compared with that obtained from flow analysis for the same micro-unit cell. It is found that they are in good agreement. In order to calculate the permeability tensor of macro-unit cell for the plain woven fabrics, the Stokes and Brinkman equations which describe inter-tow and intra-tow flow respectively are employed as governing equations. The effective permeabilities homogenized by considering intra-tow flow are compared with those obtained experimentally. Control volume finite element method (CVFEM) is used as a numerical method. It is shown that the asymptotic expansion homogenization method is an attractive method to predict the effective permeability for heterogeneous media.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.31
no.3
s.258
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pp.388-394
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2007
Many engineering problems require the calculation of effective material properties of a structure which is composed of repeated micro-structures. The homogenization method has been used to calculate the effective (homogenized) properties of composites and several homogenization procedures for different physical fields have been introduced. This research describes the modified homogenization technique for magnetostatic problems. Assuming that the material is periodically repeated, its effective permeability can be prescribed by calculating the homogenized magnetic reluctivity using the finite element analysis of the micro unit cell. Validity of the suggested method is confirmed by comparing the results by the energy based method as well as the widely known homogenization method.
A multiscale method is presented for analysis of thin slab structures in which the microstructures can not be reduced to two-dimensional plane stress models and thus three dimensional treatment of microstructures is necessary. This method is based on the classical asymptotic expansion multiscale approach but with consideration of the special geometric characteristics of the slab structures. This is achieved via a special form of multiscale asymptotic expansion of displacement field. The expanded three dimensional displacement field only exhibits in-plane periodicity and the thickness dimension is in the global scale. Consequently by employing the multiscale asymptotic expansion approach the global macroscopic structural problem and the local microscopic unit cell problem are rationally set up. It is noted that the unit cell is subjected to the in-plane periodic boundary conditions as well as the traction free conditions on the out of plane surfaces of the unit cell. The variational formulation and finite element implementation of the unit cell problem are discussed in details. Thereafter the in-plane material response is systematically characterized via homogenization analysis of the proposed special unit cell problem for different microstructures and the reasoning of the present method is justified. Moreover the present multiscale analysis procedure is illustrated through a plane stress beam example.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.36
no.1
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pp.19-26
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2023
Because of the development of computational resources, an entire structure in which many components are combined can be analyzed. To do so, the calculation time and number of data points are increased. In many practical industry structures, there are many parts with repeated patterns. To analyze the repetitive structures effectively, a homogenization method is usually employed. In a homogenization module, including commercial programs, it is generally assumed that a unit cell is repeated in all directions. However, the practical industry structures usually have complicated, repeated patterns or structures. Complicated patterns are difficult to address using the conventional homogenization method. Therefore, in this study, a multilevel homogenization method was devised to consider complex regularities. The proposed homogenization method divides the structure into several areas and performs multiple homogenizations, resulting in a more accurate analysis than that provided by the previous method.
Hollow cylindrical tubes with a prismatic sandwich lining designed to replace the solid cross-sections are studied in this paper. The sections are divided by a number of revolving periodic unit cells and three topologies of unit cells (Square, Triangle and Kagome) are proposed. Some types of multiple-topology designed materials are also studied. The feasibility and accuracy of a homogenization method for obtaining the equivalent parameters are investigated. As the curved elements of a unit cell are represented by straight elements in the method and the ratios of the lengths of the curved elements to the lengths of the straight elements vary with the changing number of unit cells, some errors may be introduced. The frequencies of the first five modes and responses of the complete and equivalent models under an internal static pressure and an internal step pressure are compared for investigating the scope of applications of the method. The lower bounds and upper bounds of the number of Square, Triangular and Kagome cells in the sections are obtained. It is shown that treating the multiple-topology designed materials as a separate-layer structure is more accurate than treating the structure as a whole.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.22
no.2
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pp.79-88
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2005
Evaluating the effective properties of materials containing various types of in-homogeneities is an important issue in the analysis of structures composed of those materials. A simple and effective method for the purpose is to impose the periodic displacement boundary conditions on the finite element model of a unit cell. Their theoretical background is explained based on the purely kinematical relations in the regularly spaced in-homogeneity problems, and the strategies to implement them into the analysis and to evaluate the homogenized material constants are introduced. The creep behavior of a thin sheet with square arrayed rectangular voids is characterized, where the orthotropy is induced by the presence of the voids. The homogenization method is validated through the comparison of the analysis of detailed model with that of the simplified one with the effective parameters.
This paper describes the development of a fiber reinforced concrete (FRC) unit cell for analyzing concrete structures by executing a multiscale analysis procedure using the theory of homogenization. This was achieved through solving a periodic unit cell problem of the material in order to evaluate its macroscopic properties. Our research describes the creation of an FRC unit cell through the use of concrete paste generic information e.g. the percentage of aggregates, their distribution, and the percentage of fibers in the concrete. The algorithm presented manipulates the percentage and distribution of these aggregates along with fiber weight to create a finite element unit cell model of the FRC which can be used in a multiscale analysis of concrete structures.
Bin Zhang;Yunzhao Li;Hongchun Wu;Wenbo Zhao;Chao Fang;Zhaohu Gong;Qing Li;Xiaoming Chai;Junchong Yu
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.6
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pp.1950-1958
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2024
For the pressurized water reactor two-step calculation, the traditional assembly homogenization and two-group neutron diffusion calculation have been widely used. When it comes to the core pin-by-pin simulation, many models and techniques are different and unsettled. In this paper, the homogenization methods based on the pin discontinuity factors and super homogenization factors are used to get the pin-cell homogenized parameters. The heterogeneous leakage model is applied to modify the infinite flux spectrum of the single assembly with reflective boundary condition and to determine the diffusion coefficients for the SP3 solver which is used in the core simulation. To reduce the environment effect of the single-assembly reflective boundary condition, the online method for the SPH factors updating is applied in this paper, and the functionalization of SPH factors based on the least-squares method will be pre-made alone with the table of the group constants. The fitting function will be used to update the thermal-group SPH factors with a whole-core pin-by-pin homogeneous solution online. The three-dimensional Watts Bar Nuclear Unit 1 (WBN1) problem was utilized to test the performance of pin-by-pin calculation. And numerical results have demonstrated that PWR pin-by-pin core calculation has more accurate results compared with the traditional assembly-homogenization scheme.
A simplified stress analysis of perforated plates was carried out using homogenization technique. Homogenization technique, which introduced miroscale expansion in the standard finite element method, reconstructed the plate with regularly placed holes into a set of macroscale and microscale models. The microscale model helped compute homogenized material constants of the unit cell, which were used to compute macroscale displacements in the macroscale model. Also it was possible to compute the stress field of the plate using the microscale model. It was found that reasonable equivalent material constants were computed and that the required degrees of freedom was drastically reduced when homogenization technique was employed in the stress analyses. The microscale modeling in the homogenization technique provided a useful concept of pre- and post-processing in the stress analysis of perforated plates.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.21
no.1
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pp.181-188
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2004
Structural analysis for materials containing regularly spaced in-homogeneities is usually executed by using averaged material properties. For the homogenization process, a unit cell is defined and loaded somehow, and its response is investigated to evaluate the properties. The imposed loading conditions should accord to the behavior of unit cell immersed in the macroscopic structure in order to guarantee the accuracy of the effective properties. Each unit cell shows periodic variation of strain if the material is loaded uniformly, and in this study, direct implementation of this characteristic behavior is attempted on FE models of unit cell. Conventional finite element analysis tool can be used without any modification, and the boundary of unit cell is constrained in a way that the periodicity is satisfied. The proposed method is applicable to skew arrayed in-homogeneity problems. The flexibility matrix relating tonsorial stress and strain components in skewed rectilinear coordinate system is transformed so that the required engineering constants can be evaluated. Effective properties are computed for the materials with square and skew arrayed circular holes, and its accuracy is examined.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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