State-of-the-Art In the Space-Time Element Method

Purpose This paper aims to propose a parallel-in-space-time finite-element method (FEM) for transient motor starting analyses. Although the domain decomposition method (DDM) is suitable for solving large-scale problems and the parallel-in-time (PinT) integration method such as Parareal and time domain parallel FEM (TDPFEM) is effective for problems with a large number of time steps, their parallel performances get saturated as the number of processes increases. To overcome the difficulty, the hybrid approach in which both the DDM and PinT integration methods are used is investigated in a highly parallel computing environment. Design/methodology/approach First, the parallel performances of the DDM, Parareal and TDPFEM were compared because the scalability of these methods in highly parallel computation has not been deeply discussed. Then, the combination of the DDM and Parareal was investigated as a parallel-in-space-time FEM. The effectiveness of the developed method was demonstrated in transient starting analyses of induction motors. Findings The combination of Parareal with the DDM can improve the parallel performance in the case where the parallel performance of the DDM, TDPFEM or Parareal is saturated in highly parallel computation. In the case where the number of unknowns is large and the number of available processes is limited, the use of DDM is the most effective from the standpoint of computational cost. Originality/value This paper newly develops the parallel-in-space-time FEM and demonstrates its effectiveness in nonlinear magnetoquasistatic field analyses of electric machines. This finding is significantly important because a new direction of parallel computing techniques and great potential for its further development are clarified.

Download Full-text

A Stabilized Space–Time Finite Element Method for the Wave Equation

Lecture Notes in Computational Science and Engineering - Advanced Finite Element Methods with Applications ◽

10.1007/978-3-030-14244-5_17 ◽

2019 ◽

pp. 341-370 ◽

Cited By ~ 1

Author(s):

Olaf Steinbach ◽

Marco Zank

Keyword(s):

Finite Element Method ◽

Finite Element ◽

Wave Equation ◽

Space Time ◽

Element Method

Download Full-text

Generalized straight and curved beam theories with isogeometric analyis

10.12681/eadd/44597 ◽

2017 ◽

Author(s):

Ιωάννης Τσιπτσής

Keyword(s):

Isogeometric Analysis ◽

Computer Aided Design ◽

State Of The Art ◽

Curved Beam ◽

Analog Equation Method ◽

B Splines ◽

Aided Design ◽

Analog Equation ◽

Beam Theories ◽

Element Method

Στη διατριβή αυτή διερευνάται και επιλύεται σειρά προβλημάτων μέσω της ανάπτυξης εξελιγμένων προσομοιωμάτων ευθύγραμμης και καμπύλης δοκού. Πιο συγκεκριμένα, αντιμετωπίζονται τα προβλήματα ανομοιόμορφης στρέψης, γενικευμένης στρέβλωσης λόγω διάτμησης και στρέψης (μέσω των οποίων μελετάται το φαινόμενο της διατμητικής υστέρησης), διαστρέβλωσης (παραμόρφωση των διατομών της δοκού στο επίπεδό τους) καθώς και το πρόβλημα της δυναμικής ανάλυσης ευθύγραμμων και καμπύλων δοκών. Η αντιμετώπιση των προβλημάτων αυτών βασίζεται στη γενικευμένη διατύπωση καινοτόμων θεωριών δοκού (Generalized Beam Theories - GBT), με τις οποίες το πεδίο μετατοπίσεων και οι συνιστώσες των τανυστών παραμόρφωσης και τάσης διατυπώνονται ως γραμμικοί συνδυασμοί γινομένων μονοδιάστατων και διδιάστατων συναρτήσεων.Η αναλυτική λύση των μονοδιάστατων και διδιάστατων προβλημάτων συνοριακών και αρχικών-συνοριακών τιμών που μορφώνονται εν γένει δεν είναι εφικτή. Ως εκ τούτου, τα προβλήματα αυτά επιλύονται αριθμητικά εφαρμόζοντας τη Μέθοδο Συνοριακών Στοιχείων (Boundary Element Method - BEM), τη Μέθοδο Αναλογικής Εξίσωσης (Analog Equation Method - AEM), η οποία αποτελεί εξέλιξη της BEM, καθώς και τη Μέθοδο Πεπερασμένων Στοιχείων (Finite Element Method - FEM). Όσον αφορά στην επίλυση μονοδιάστατων προβλημάτων, οι αριθμητικές μέθοδοι που χρησιμοποιoύνται (AEM και FEM) συνδυάζονται με εργαλεία της Ισογεωμετρικής Ανάλυσης (Isogeometric Analysis - IGA) ώστε να επιτευχθεί μία προσέγγιση με χαμηλότερο υπολογιστικό κόστος καθώς και πιο διαδραστική μεταξύ ανάλυσης και γεωμετρίας που θα επιτυγχάνει πιο αξιόπιστα αποτελέσματα περιορίζοντας το σφάλμα που πηγάζει από την προσέγγιση της γεωμετρίας. Συγκεκριμένα, οι παραμετρικές καμπύλες B-splines και NURBS (Non-Uniform Rational B-Splines) που έχουν υιοθετήσει τα λογισμικά πακέτα μοντελοποίησης με υπολογιστή (Computer-Aided Design - CAD) εφαρμόζονται στην παρούσα διατριβή. Με βάση τις αναπτυχθείσες αναλυτικές και αριθμητικές διαδικασίες συντάσσονται καινοτόμα προγράμματα ηλεκτρονικού υπολογιστή για την ανάλυση τρισδιάστατων ευθύγραμμων και καμπυλόγραμμων ραβδωτών φορέων. Κάθε κύριο κεφάλαιο της διατριβής αποτελείται από την εισαγωγή, τη διατύπωση του προβλήματος, την αριθμητική επίλυση, αντιπροσωπευτικά αριθμητικά παραδείγματα και τα συμπεράσματα. Στην εισαγωγή κάθε κύριου κεφαλαίου περιέχεται η βιβλιογραφική επισκόπηση του ερευνητικού έργου (State of the Art) του αντίστοιχου εξεταζόμενου προβλήματος και παρουσιάζονται τα πρωτότυπα σχετικά στοιχεία της εργασίας. Τέλος, στο τελικό κεφάλαιο παρουσιάζονται τα συμπεράσματα και προτάσεις για μελλοντική έρευνα.

Download Full-text