Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.16
no.4
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pp.37-52
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2012
In this study, a new 4-node general shell element with 6 DOFs per node is presented. Drilling rotational degrees of freedom are introduced by the variational principle with an independent rotation field. In formulation of the element, substitute transverse shear strain fields are used to avoid shear locking, while four nonconforming modes are applied in the in-plane displacement fields as a remedy for membrane locking. In addition, a direct modification method for nonconforming modes is employed in the numerical implementation of nonconforming modes to represent constant strain states. A 9-points integration rule is adopted for volume integration in the computation of the element stiffness matrix. With the combined use of these techniques, the developed shell element has no spurious zero energy modes, and can represent a constant strain state. Several numerical tests are carried out to evaluate the performance of the new element developed. The test results show that the behavior of the elements is satisfactory.
복합재료는 강도-무게비가 다른 재료들에 비해 훨씬 크기 때문에 부재의 좌굴문제가 대단히 중요하게 취급되며, 본 논문에서는 축방향 압축력을 받는 복합재료로 된 쉘 부재의 좌굴해석이 수행된다. 이 재료는 일반적으로 이방성 재료 특성을 나타내 보이나, 섬유들이 한 방향으로만 배치되어 있는 경우 섬유방향에 연직한 평면에서의 강도나 탄성계수들은 모두 일정한 횡 등방성 재료성질을 가진 것으로 간주할 수 있다. 9 절점 degenerate 쉘 유한요소를 사용한 선형안정해석, LUSAS 범용 프로그램을 이용한 구조해석, 그리고 고전적 쉘 좌굴방정식에 의한 해석들을 수행하였으며, 그 결과들을 서로 비교, 분석하였다. 고려된 등방성 재료나 횡 등방성 재료의 경우 모두, degenerate 유한요소해석으로 계산한 임계하중들은 고전적 이론해에 의한 결과들 보다 낮았으며, LUSAS 결과들과는 거의 같았다. 이는 degenerate 유한요소에 의한 선형안정해석 결과들이 안전측에 듬을 의미하며, 복합재료로 된 쉘 구조물의 좌굴해석에 degenerate 유한요소를 효율적으로 적용할 수 있음을 의미한다.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.17
no.3
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pp.279-293
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2004
The analysis of linear static and free vibration problems of isotropic and laminated composite plates and shells is performed by the improved 9-node shell element with the new strain displacement relationship. In that relationship, the effect of new additional terms between the bending strain and displacement has been investigated in the warping problem. Natural co ordinate based strains, stresses and constitutive equations are used. The assumed natural strain method is used to alleviate both membrane and shear locking behavior from the element. The Lanczos method is employed in the calculation of the eigenvalues of laminated composite structures and the Gauss integration rule is adopted to evaluate the mass matrix. The numerical examples are compared with the analytical solutions to validate the current formulation and the results presented could be useful for the understanding of the behaviour of laminates under free vibration conditions.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.14
no.4
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pp.481-494
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2001
An enhanced degenerated shell finite element (FE), which has been developed for inelastic analysis of reinforced concrete structures is described in this paper. Generally, Reissner-Mindlin (RM) assumptions are adopted to develop the degenerated shell FE so that transverse shear deformation effects is considered. However, it is found that there are serious defects such as locking phenomena in RM degenerated shell FE since the stiffness matrix has been overestimated in some situations. As remedies of locking phenomena, reduced integration, incompatible mode and assumed strain method have been used. Especially, the assumed strain method has been successfully used in many FEs. But contrarily, there is a few investigation on the performance of the assumed strains in the inelastic analysis of concrete structures. Therefore, shell formulation is provided in this paper with emphasis on the terms related to the stiffness matrix based on assumed strain method and microscopic concrete material model. Finally, the performance of the present shell element is tested and demonstrated with several numerical examples. From the numerical tests, the present result shows a good agreement with experimental data or other numerical results.
Lee, Sang Gi;Park, Hun Cheol;Yun, Gwang Jun;Jo, Chang Min
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.31
no.2
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pp.25-34
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2003
In the present paper, formulation of a nine-node assumed strain shell element is modified and extended for analysis of actuator embedded/attached structures. The shell element can alleviate locking and has sic DOFs per node by discarding assumption of no thickness change. In modeling of the physicalquantities, we have assumed linear strain field through the whole thickness direction. The electric and mechanical quantities have been coupled through the constitutive equations. Unlike typical shell element, the present shell element allows thickness change. Thus, three-dimensional piezoelasticity can be accurately simulated. Base on the formulation, a finite element program is generated and the code is validated by solving numerical examples. The results from the present work are well agreed with those from other references.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.8
no.3
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pp.11-21
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2008
A linear and non-linear analysis for plates and shells with arbitrary edge supports subjected to various loading was presented. The 9-node ANS(Assumed Natural Strain) hell element was employed and the spring element, which could express an arbitrary edge support using the six degrees of freedom, was introduced. For the application of his analysis, the plates and shells with various edge supports were analyzed, and the ending behavior with these edge supports were obtained accurately. For these edge supports, particularly elastic edge support was simulated by six springs and reasonable results were obtained. The results show that the present method can be widely used to analyze the bending behavior of plates and shells with arbitrary edge conditions.
In this study, the buckling analysis of the vertically curved stiffened web plate was conducted through finite-element analysis, using an eight- and nine-node flat shell element with a substitute shear strain field. To investigate the buckling behavior of the vertically curved web plate with a longitudinal or vertical stiffener under in-plane moment loading, parametric studies were conducted for the variation of the width (b) and ratio of the bending stiffness of the stiffener to that of the plate (${\gamma}=EI/bD$). The static behavior of the vertically curved web plate without a stiffener was also investigated, and then the buckling abilities of the longitudinal and vertical stiffeners were compared under moment loading.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.13
no.2
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pp.221-230
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2000
Sweep geometric models are based on the notion of moving a curve, surface or solid along some path. Sweeping allows definition of prismatic shell surfaces in a simple way, This paper describes an application of sweep geometric models for the optimization of prismatic shells. This geometric model is integrated with finite element formulations. A nine-node degenerated shell element is adopted to calculate the response of prismatic shells. Several examples we presented to demonstrate the process of optimization. From numerical examples, it is observed that sweep geometric models provide an efficient and reliable way of obtaining optimal solutions for a large class of prismatic shell structures.
A degenerated cylindrical shell element for modeling glass fiber reinforced plastic pipes is developed and its performance for static structural analysis under internal uniform pressure is evaluated. The element is a nine node degenerated solid shell element with reduced integration technique, addition of nonconforming displacement modes, and assumed strain method to improve convergence of analysis. Several numerical examples are solved and compared with analytical solutions and other F.E.M programs, The results show that the increment of fiber orientation in the GFRP pipes with reference to the longitudinal axis cause less radial displacements and much stiffness in the pipes. This is reasonable since the internal pressure will primarily cause hoop stresses in the ring and 90-angle ply GFRP ring carry these efficiently in pure tension.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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