In this paper, a geometrically nonlinear meshfree analysis of 3D various forms of shell structures using the double director shell theory with finite rotations is proposed. This theory is introduced in the present method to remove the shear correction factor and to improve the accuracy of transverse shear stresses with the consideration of rotational degrees of freedom.The present meshfree method is based on the radial point interpolation method (RPIM) which is employed for the construction of shape functions for a set of nodes distributed in a problem domain. Discrete system of geometrically nonlinear equilibrium equations solved with the Newton-Raphson method is obtained by incorporating these interpolations into the weak form. The accuracy of the proposed method is examined by comparing the present results with the accurate ones available in the literature and good agreements are found.
This paper analyse the mechanical characteristics of geometrical and material nonlinearity behavior of cylindrical shell roofs subjected to a concentrated load. The shell elements were modeled using 'NISA2016' software as 3D general shell element and 3D composite shell element. The 3D shell element includes deformation due to bending, membrane, membrane-bending coupling and shear perpendicular to the grain effects is suited for modeling moderately thick or thin general shells and laminated composite shells. And The 3D composite shell element consists of a number of layers of perfectly bonded anisotropic and orthotropic materials. The purpose of this research is to analysis the load-deflection curves considering the combined geometric and material nonlinearity of cylindrical shells. In a shallowed cylindrical shell, snap-through curve can be found.
A nano-stereolithography (NSL) process has been developed for fabrication of 3D shell structures which can be applied to various nano/micro-fluidic devices. By the process, a complicated 3D shell structure on a scale of several microns can be fabricated using lamination of layers with a resolution of 150 nm in size, so it does not require the use of my sacrificial layer or any supporting structure. A layer was fabricated by means of solidifying liquid-state monomers using two-photon absorption (TPA) induced using a femtosecond laser processing. When the polymerization process is finished, unsolidified liquid state resins can be removed easily by dropping several droplets of ethanol fur developing the fabricated structure. Through this work, some 3D shell structures, which can be applied to various applications such as nano/micro-fluidic devices and MEMS system, were fabricated using the developed process.
본 연구는 3차원 프린터를 이용한 보청기 이어 쉘 제작기법에서 보청기 이어 쉘 제작에 필요한 모델링 구조를 DICOM(Digital Imaging and Communication in Medicine) 영상에 의한 새로운 방법으로 제시하고자 하였다. 실험방법은 DICOM 볼륨 영상에서 임계치 값을 이용한 3차원 외이도를 추출하여 3차원 프린터가 인식할 수 있는 표준 형식의 STL(STereoLithography) 파일로 모델링 표면구조를 비교하였다. 이러한 3차원 모델링은 기존의 귓본 제작 후 3차원 스캐너에 의한 인접한 등치선 사이를 3차원 표면조각들로 채워 모델링 구조를 표현한 방법들로서 본 연구에서도 DICOM 영상에 의한 삼각형 표면구조를 동일하게 만들 수 있었다. 이는 DICOM 영상에 의한 모델링 표면구조가 기존 3차원 프린터가 인식할 수 있는 동일한 환경을 제공해 최종적으로 보청기 이어 쉘 형상을 출력 할 수 있음을 나타냈다.
Shape memory alloys (SMAs) find many applications in smart composite structural systems as the active components. Their ability to provide a high force and large displacement makes them an excellent candidate for an actuator for controlling the shape of smart structures. In this paper, using a macroscopic model that captures the thermo-mechanical behaviors and the two-way shape memory effect (TWSME) of SMAs smart morphing polymeric composite shell structures like shape-changeable UAV wings is demonstrated and analyzed numerically and experimentally when subjected to various kinds of pressure loads. The controllable shapes of the morphing shells to that thin SMA strip actuator are attached are investigated depending on various phase transformation temperatures. SMA strips start to transform from the martensitic into the austenitic state upon actuation through resistive heating, simultaneously recover the prestrain, and thus cause the shell structures to deform three dimensionally. The behaviors of composite shells attached with SMA strip actuators are analyzed using the finite element methods and 3-D constitutive equations of SMAs. Several morphing composite shell structures are fabricated and their experimental shape changes depending on temperatures are compared to the numerical results. That two results show good correlations indicates the finite element analysis and 3-D constitutive equations are accurate enough to utilize them for the design of smart composite shell structures for various applications.
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.
This paper descirbes a series of numberical simulations of grounding accidents of four 40,000 DWT Conventional and Advanced Double Hull tanker bottom structures using LS/DYNA3D. The overall objective of this study is no understand the structural failure and energy absorbing mechanisms during grounding events for candidate double hull tanker bottom structures, which lead to the initiation of inner shell rupture and cause the kinetic energy dissipation to bring the ship to a stop. These nuberical simulations of the grounding events will contribute to future improvements in tanker safety at the design stage.
Shell finite elements are widely used for the analysis of thin section objects such as sheet metal parts, automobile bodies and et al. due to their computational efficiency. Since many of input data for finite element analysis are given as solid models or triangulated surface models, one should extract midsurface information from these input data initially and then construct shell meshes on the extracted midsurfaces. In this paper, a method of generating shell elements on midsurfaces directly from input models have been proposed. In order to construct shell meshes, the input models should be triangulated on surfaces first, and then tetrahedral elements are generated by using an advancing front method, and finally mid shell surfaces are obtained from tetrahedral meshes. Some examples are given to demonstrate the efficiency of the proposed method.
A three-dimensional (3-D) method of analysis is presented for determining the free vibration frequencies and mode shapes of solid paraboloidal and complete (that is, without a top opening) paraboloidal shells of revolution with variable wall thickness. Unlike conventional shell theories, which are mathematically two-dimensional (2-D), the present method is based upon the 3-D dynamic equations of elasticity. The ends of the shell may be free or may be subjected to any degree of constraint. Displacement components $u_r,\;u_{\theta},\;and\;u_z$ in the radial, circumferential, and axial directions, respectively, are taken to be sinusoidal in time, periodic in ${\theta}$, and algebraic polynomials in the r and z directions. Potential (strain) and kinetic energies of the paraboloidal shells of revolution 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 for the first five frequencies of the complete, shallow and deep paraboloidal shells of revolution with variable thickness. Numerical results are presented for a variety of paraboloidal shells having uniform or variable thickness, and being either shallow or deep. Frequencies for five solid paraboloids of different depth are also given. Comparisons are made between the frequencies from the present 3-D Ritz method and a 2-D thin shell theory.
Spherical storage tank for chemical plant is analyzed for the loads and their combinations in accordance with Section Ⅷ, Division 2 of the ASME Boiler and Pressure Vessel Code. Design Analysis of Butene storage tank is carried out by utilizing 3-dimensional plate and beam elements of a general purpose finite element program. Two separate 3-D finite element models are used; one for the global analysis of the entire spherical storage tank, the other for the local analysis of junction part and its vicinity of shell-to-supporting structures. The analysis is focused on the equator plate in the shell and the junction part of shell-to-supporting structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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