Development and validation of anelastic-displacement-fields-based dynamic finite elements

2001 ◽  
Author(s):  
Razvan Rusovici ◽  
Daniel J. Inman ◽  
George A. Lesieutre
2019 ◽  
Vol 64 (3) ◽  
pp. 1-10
Author(s):  
Matteo Filippi ◽  
Alfonso Pagani ◽  
Erasmo Carrera

This paper proposes a geometrically nonlinear three-dimensional formalism for the static and dynamic study of rotor blades. The structures are modeled using high-order beam finite elements whose kinematics are input parameters of the analysis. The displacement fields are written using two-dimensional Taylor- and Lagrange-like expansions of the cross-sectional coordinates. As far as the Taylor-like polynomials are concerned, the linear case is similar to the first-order shear deformation theory, whereas the higher-order expansions include additional contributions that describe the warping of the cross section. The Lagrange-type kinematics instead utilizes the displacements of certain physical points as degrees of freedom. The inherent three-dimensional nature of the Carrera unified formulation enables one to include all Green–Lagrange strain components as well as all coupling effects due to the geometrical features and the three-dimensional constitutive law. A number of test cases are considered to compare the current solutions with experimental and theoretical results reported in terms of large deflections/rotations and frequencies related to small amplitude vibrations.


2013 ◽  
Vol 829 ◽  
pp. 327-331 ◽  
Author(s):  
Maryam Heidari ◽  
Maria Kashtalyan

Coatings play an important role in a variety of engineering applications protecting metallic or ceramic substrates against oxidation, heat penetration, wear and corrosion. One of the contributing factors to structural or functional failure of coatings is a mismatch of material properties between the coating and substrate at the coating/substrate interface. The concept of Functionally Graded Material (FGM) is actively explored in coating design for the purpose of eliminating this mismatch and improving coating performance and integrity. This paper presents analysis of the mechanical behavior of functionally graded coatings using commercial finite elements software ABAQUS in which user implemented graded finite elements have been employed. The model is used to carry out a comparative study of three-dimensional stress and displacement fields in the coated plates with homogeneous and functionally graded coatings.


2018 ◽  
Vol 196 ◽  
pp. 01018
Author(s):  
Sergey Nazarenko ◽  
Nina Blokhina

The article deals with methods of creating a rectangular wall-beam finite element with eight degrees of freedom per node and continuous stress fields along the boundaries. This effect is achieved by specifying displacement fields in the plane of the element in forms similar to those in finite elements of Bogner, Fox, and Schmitt plate. The article provides algebraic expressions for displacement forms; methods of forming reaction and stress matrices are also considered. Test calculations carried out with the help of “Computational mechanics” FEM complex have proved high efficiency of the finite element analysis performed. A rectangular shell finite element with twelve degrees of freedom per node was developed as a combination of membrane finite element and Bogner, Fox and Schmitt plate element.


2013 ◽  
Vol 554-557 ◽  
pp. 512-520 ◽  
Author(s):  
D.J. Wolthuizen ◽  
R.H.W. Ten Thije ◽  
R. Akkerman

Standard finite elements can exhibit the numerical artifact of intra-plyshear locking during forming simulations. The displacement fields of elementsare piecewise continuous and cannot correctly capturediscontinuities in the shear field. This shear locking is illustrated insimulations of bias-extension experiments with an unaligned mesh. Two simpletests were developed as a critical indicator of intra-ply shear locking intriangular elements. A single-element-test shows the origin of the locking anda pull-out test indicates locking caused by small misalignments of theelements.


2016 ◽  
Author(s):  
Αλέξανδρος Σολωμού

Στόχος της παρούσας διατριβής είναι η ανάπτυξη ενός πεπερασμένου στοιχείου τύπου δοκού για την ανάλυση της θερμομηχανικά συζευγμένης συμπεριφοράς κραμάτων μνήμης σχήματος και την προσομοίωση της κίνησης αυτοπροσαρμοζόμενων (adaptive) δομών και κατασκευών μεταβαλλόμενης μορφής (morphing structures). Η εργασία επικεντρώνεται σε δύο κύριες κατευθύνσεις: (1) στην ανάπτυξη ενός βελτιωμένου καταστατικού μοντέλου κραμάτων μνήμης σχήματος και (2) την ανάπτυξη μη γραμμικών θερμομηχανικά συζευγμένων πεπερασμένων στοιχείων τύπου δοκού που ενσωματώνουν το προαναφερθέν καταστατικό μοντέλο.Στο πρώτο μέρος της διατριβής βελτιώνεται το καταστατικό μοντέλο των κραμάτων μνήμης σχήματος. Το καινούριο μοντέλο βασίζεται σε ένα ήδη υπάρχον και αναγνωρισμένο διεθνώς καταστατικό μοντέλο (Lagoudas και συνεργάτες) στο οποίο εισάγονται νέοι οροί που βελτιώνουν την ακρίβεια των αποτελεσμάτων του και επιπλέον βοηθούν στην επίλυση αριθμητικών προβλημάτων σύγκλισης που παρουσιάζονται όταν αυτό εισάγεται στην μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων.Στο δεύτερο και πλέον σημαντικό μέρος της διατριβής αρχικά αναπτύσσεται ένα γεωμετρικά γραμμικό πεπερασμένο στοιχείο τύπου δοκού το οποίο ενσωματώνει το καταστατικό μοντέλο κραμάτων μνήμης σχήματος που αναπτύχθηκε πρωτύτερα. Η πρωτοτυπία του νέου πεπερασμένου στοιχείου έγκειται στο ότι ενσωματώνει τις εξισώσεις μηχανικής και θερμικής ισορροπίας σε συνδυασμό με κατάλληλες θερμομηχανικές κινηματικές υποθέσεις κατάλληλες για πολύστρωτες δοκούς ώστε να προσομοιώσει με ακρίβεια την χρονική θερμομηχανικά συζευγμένη συμπεριφορά των εν λόγω υλικών. Επιπλέον, το προαναφερθέν πεπερασμένο στοιχείο αναβαθμίζεται και συμπεριλαμβάνει την θεωρεία μεγάλων μετατοπίσεων/περιστρόφων καθιστώντας το ικανό να προσομοιώσει με ακρίβεια τις μεγάλες αλλαγές σχήματος και την γεωμετρικά μη γραμμική συμπεριφορά κατασκευών μεταβαλλόμενης μορφής. Τέλος και για τις δυο μαθηματικές διατυπώσεις των προαναφερθέντων πεπερασμένων στοιχείων παρουσιάζονται οι εξισώσεις ισορροπίας και λύνονται αριθμητικά με συνδυασμό της επαναληπτικής μεθόδου επίλυσης μη γραμμικών συστημάτων εξισώσεων «Newton-Raphson» και μεθόδου έμμεσης χρονικής ολοκλήρωσης.Ακολουθεί η αριθμητική αξιολόγηση και επαλήθευση των υπολογιστικών δυνατοτήτων του πεπερασμένου στοιχείου μέσα από συγκρίσεις με αποτελέσματα αναλύσεων δισδιάστατων πεπερασμένων στοιχείων επίπεδης εντατικής κατάστασης (Plane stress) και γίνονται συγκρίσεις με πειραματικά αποτελέσματα. Εν κατακλείδι, οι αριθμητικές προσομοιώσεις αναδεικνύουν την αποτελεσματικότητα του πεπερασμένου στοιχείου αλλά και την σημασία των πρωτοτύπων στοιχείων του (αναπτυγμένο καταστατικό μοντέλο, θεώρηση θερμομηχανικά συζευγμένης συμπεριφοράς, θεώρηση μεγάλων μετατοπίσεων και γεωμετρική μη-γραμμικότητα) για αξιόπιστες αναλύσεις αυτοπροσαρμοζόμενων δομών με κράματα μνήμης σχήματος.


Author(s):  
D. Goyal ◽  
A. H. King

TEM images of cracks have been found to give rise to a moiré fringe type of contrast. It is apparent that the moire fringe contrast is observed because of the presence of a fault in a perfect crystal, and is characteristic of the fault geometry and the diffracting conditions in the TEM. Various studies have reported that the moire fringe contrast observed due to the presence of a crack in an otherwise perfect crystal is distinctive of the mode of crack. This paper describes a technique to study the geometry and mode of the cracks by comparing the images they produce in the TEM because of the effect that their displacement fields have on the diffraction of electrons by the crystal (containing a crack) with the corresponding theoretical images. In order to formulate a means of matching experimental images with theoretical ones, displacement fields of dislocations present (if any) in the vicinity of the crack are not considered, only the effect of the displacement field of the crack is considered.The theoretical images are obtained using a computer program based on the two beam approximation of the dynamical theory of diffraction contrast for an imperfect crystal. The procedures for the determination of the various parameters involved in these computations have been well documented. There are three basic modes of crack. Preliminary studies were carried out considering the simplest form of crack geometries, i. e., mode I, II, III and the mixed modes, with orthogonal crack geometries. It was found that the contrast obtained from each mode is very distinct. The effect of variation of operating conditions such as diffracting vector (), the deviation parameter (ω), the electron beam direction () and the displacement vector were studied. It has been found that any small change in the above parameters can result in a drastic change in the contrast. The most important parameter for the matching of the theoretical and the experimental images was found to be the determination of the geometry of the crack under consideration. In order to be able to simulate the crack image shown in Figure 1, the crack geometry was modified from a orthogonal geometry to one with a crack tip inclined to the original crack front. The variation in the crack tip direction resulted in the variation of the displacement vector also. Figure 1 is a cross-sectional micrograph of a silicon wafer with a chromium film on top, showing a crack in the silicon.


2007 ◽  
Vol 177 (4S) ◽  
pp. 7-7
Author(s):  
Brent K. Hollenbeck ◽  
J. Stuart Wolf ◽  
Rodney L. Dunn ◽  
Martin G. Sanda ◽  
David P. Wood ◽  
...  

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document