The main purpose of this paper is the numerical analysis of the non-linear seismic response of a RC building mock-up. The mock-up is subjected to different synthetic horizontal seismic excitations. The numerical approach is based on a 3D-model involving multilayered shell elements. These elements are composed of several single-layer membranes with various eccentricities. Bending effects are included through these eccentricities. Basic equations are first written for a single membrane element with its own eccentricity and then generalised to the multilayered shell element by superposition. The multilayered shell is considered as a classical shell element : all information about non-linear constitutive relations are investigated at the local scale of each layer, whereas balance and kinematics are checked afterwards at global scale. The non-linear dynamic response of the building is computed with Newmark algorithm. The numerical dynamic results (blind simulations) are considered in the linear and non linear cases and compared with experimental results from shaking table tests. Multilayered shell elements are found to be a promising tool for predictive computations of RC structures behaviour under 3D seismic loadings. This study was part of the CAMUS International Benchmark.
곡면 사각형 쉘 요소들이 다수인 것에 비해, 곡면 삼각형 요소들은 아주 소수이다. 이미 발표된, 선형 해석을 위한 6절점 2차 쉘 요소의 가정 자연 변형도 이론에 기초해, 본 연구에서는 6절점 쉘 요소의 기하학적 비선형 해석을 수행하였다. 쉘 요소는 표준 절점 자유도만으로 곡면 모델링이 가능하고, 수치해석 결과가 보여주는 바와 같이 다양한 잠김 현상들을 제거하는데 효율적인 요소임을 확인하였다.
A three-dimensional (3-D) method of analysis is presented for determining the natural frequencies of a truncated shallow and deep conical shell with linearly varying thickness along the meridional direction free at its top edge and clamped at its bottom edge. Unlike conventional shell theories, which are mathematically two-dimensional (2-D), the present method is based upon the 3-D dynamic equations of elasticity. Displacement components $u_r$, $u_{\theta}$, and $u_z$ in the radial, circumferential, and axial directions, respectively, are taken to be periodic in ${\theta}$ and in time, and algebraic polynomials in the r and z directions. Strain and kinetic energies of the truncated conical shell with variable thickness are formulated, and the Ritz method is used to solve the eigenvalue problem, thus yielding upper bound values of the frequencies by minimizing the frequencies. As the degree of the polynomials is increased, frequencies converge to the exact values. Convergence to four-digit exactitude is demonstrated. The frequencies from the present 3-D method are compared with those from other 3-D finite element method and 2-D shell theories.
Ship Blocks are assembled by welding, and among them, welding between large blocks (Pre-erection stage) is used as feature of butt. In this process, local material has a experience of thermal cycle and become finally shrunk. As for inconsistency of shrunk weldments and adjacent regions, ship structure would be deformed locally and globally. Thermal distortion analyses are done for control of these processes, and methodologies capable of ship block size among them are using 2-D shell element in FEM. A shell element takes charge of plate, so it has its thickness which is important for angular distortion by welding. By the way, a butt-welding consists normally of several passes, and weldment thickness are different at each pass. If a calculated final one-time welding shrinkage is acting on the shell element whose thickness is same as it of plate, then deformation value must be underestimated. This research developed a methodology that total deformation after multi-pass welding can be analyzed by one time at shell element having original thickness of its plate. We use the SDB thermal distortion analysis method and verified by several experiment. The both experimental and analysis results showed good agreements.
본 논문에서는 MLS기반 유한요소에 대한 현재 개발상황에 대한 개관과 향후 예상할 수 있는 응용분야에 대한 제안을 하였다. 이동최소제곱근사를 이용하여 형상함수를 생성하는 MLS기반 유한요소는, 요소의 경계에서 기존 유한요소의 성질-크로네커 델타 조건-을 가지면서도 기존 요소가 갖지 못했던 임의의 절점 추가가 자유롭다는 장점이 있어 다양한 변절점 요소로의 개발이 이루어져 왔다. 선형 또는 이차형상함수를 갖는 2차원 변절점요소 뿐 아니라, 균열선단과 균열면을 포함하고 있는 2차원 균열요소와 3차원에서의 제한적인 변절점요소 등이 개발되어 다양한 불연속성 문제에 적용 가능함이 입증되었다. 이러한 MLS기반 유한요소는 향후 2차원 변절점 3각요소, 2차원 삼각균열요소, 변절점 쉘요소, 균열 쉘요소, 마칭큐브알고리즘에 적합한 3차원 다면체요소로의 개발이 가능할 것으로 예상되며, 본 논문에서는 그 일례로 3차원 다면체요소를 이용한 대퇴골의 요소망 생성을 보였다.
Shyam K. Chaudhary;Vishesh R. Kar;Karunesh K. Shukla
Advances in aircraft and spacecraft science
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제10권2호
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pp.127-140
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2023
The present article focuses on the thermoelastic deformation behavior of inhomogeneous functionally graded metal/ceramic cylindrical shell structure with multiple perforations using 2D finite element approximation. Here, cylindrical shell structure is considered with single (1×1) and multiple (2×2, 3×3 and 4×4) perforations. The temperature-dependent elastic and thermal properties of functionally graded material are evaluated using Voigt's micromechanical material scheme via power-law function. The kinematics of the proposed model is based on the equivalent single-layer first-order shear deformation mid-plane theory with five degrees-of-freedom. Here, 2D isoparametric finite element solutions are obtained using eight-node quadrilateral elements. The mesh refinement of present finite element model is performed to confirm the appropriate number of elements and nodes for the analysis purpose. Subsequently, a comparison test is conducted to demonstrate the accuracy of present results. In later section, numerous numerical illustrations are demonstrated at different set of conditions by varying structural, material and loading parameters and that confirms the significance of various parameters such as power-law index, aspect ratio, thickness ratio, curvature ratio, number of perforations and temperature on the deformation characteristics of functionally graded cylindrical shell structure.
Many pipes that are arranged longitudinally in ships have loops at intervals to prevent the failure of the pipes as they absorb large portions of the axial load caused by the bending of the hull girder and/or thermal loads when the pipes are carrying very hot fluids. Since the loops are curved at corners, an efficient method for conducting the structural analyses of these curved portions is required. In this paper, a pipe loop was analyzed by an analytical method and by the finite-element method in four different ways, i.e., based on straight-beam elements, curved-beam elements, 2-D shell elements, and 3-D solid elements. The results of the five analyses were compared to check the validity of the current curved-beam theory. The paper includes some suggestions on how to analyze the pipe loops efficiently.
Bellows is a familiar component in piping systems as it provides a relatively simple means of absorbing thermal expansion and providing system flexibility. In routine piping flexibility analysis by finite element methods, bellows is usually considered to be straight pipe runs modified by an appropriate flexibility factor; maximum stresses are evaluated using a corresponding stress concentration factor. The aim of this study is to develop a bellows finite element, which similarly includes more complex shell type deformation patterns. This element also does not require flexibility or stress factors, but evaluates more detailed deformation and stress patterns. The proposed bellows element is a 3-D, 2-noded line element, with three degrees of freedom per node and no bending. It is formulated by including additional 'internal' degrees of freedom to account for the deformation of the bellows corrugation; specifically a quarter toroidal section of the bellows, loaded by axial force, is considered and the shell type deformation of this is include by way of an approximating trigonometric series. The stiffness of each half bellows section may be found by minimising the potential energy of the section for a chosen deformation shape function. An experiment on the flexibility is performed to verify the reliability for bellows finite element.
본 연구에서는 3차원 스트레칭 문제의 2차원화가 가능한 주요 단면에 대해서 박막요소와 적층 셸(degenerated shell) 요소를 혼합하여 사용하는 선택적 M/S 방법을 이용하여 2차원 문제로 해석하였다. M/S변환 조건으로는 변형형상의 기하학적 조건 을 고려하였다.
The drawbead is used to control the material flow into the die and increase the forming quality during the binder wrap process and the stamping process in the sheet metal forming. Drawbead restraining force (DBRF) is controlled by geometrical parameters and influenced by process parameters such as friction coefficient and blank thickness. In order to inspect the effect of process parameters, parameter studies are performed with the variation of parameters using finite element model of drawbead which is utilized reliably for the calculation of the drawbead restraining force. Drawbead analysis is carried out with 2-D plane-strain element and 3-D shell element. After the verification of the accuracy of the drawbead model with 3-D shell element, it is utilized to the prediction and the investigation of the effect of process parameters. The result of parameter studies can be utilized to the die design in the tryout stage.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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