This paper extends the use of the hierarchic degenerated shell element to geometric non-linear analysis of composite laminated skew plates by the p-version of the finite element method. For the geometric non-linear analysis, the total Lagrangian formulation is adopted with moderately large displacement and small strain being accounted for in the sense of von Karman hypothesis. The present model is based on equivalent-single layer laminate theory with the first order shear deformation including a shear correction factor of 5/6. The integrals of Legendre polynomials are used for shape functions with p-level varying from 1 to 10. A wide variety of linear and non-linear results obtained by the p-version finite element model are presented for the laminated skew plates as well as laminated square plates. A numerical analysis is made to illustrate the influence of the geometric non-linear effect on the transverse deflections and the stresses with respect to width/depth ratio (a/h), skew angle (${\beta}$), and stacking sequence of layers. The present results are in good agreement with the results in literatures.
Laminate composites have a number of excellent characteristics in aspects of strength, stiffness, bending, and buckling. Buckling and postbuckling analysis of laminate composites with layups of [90/0]2s, $[{\pm}45/90/0]s$, $[{\pm}45]2s$ has been carried using the Total Lagrangian nonlinear Newton-Raphson method. The formulation of a geometrically nonlinear composite shell element based on a nonlinear large deformation method is presented. The used element is an eight-node degenerated shell element with six degrees of freedom. Square, circular cylinder, and arch panel laminate geometries were analyzed to verify the effects of the layups on the buckling and postbuckling behavior. The results showed that the effects of laminate layups on bucking and postbuckling behavior and the present formulation showed very good agreement with existing references.
격납건물은 원자로 사고발생시 방사능물질의 외부 유출을 막는 최후의 방벽이므로 가동 중 원전의 격납건물에 대한 안전성평가는 반드시 수행되어야 된다. 이러한 맥락에서 이 논문은 원전 격납건물의 비선형해석을 위해 탄소성 모델을 바탕으로 개발된 8절점 가변형도 쉘 요소와 이를 이용한 구조물의 비선형해석에 대하여 기술하였다. 비선형해석을 위해 콘크리트의 압축거동에 Drucker-Prager 파괴기준을 적용하였고 파괴포락선의 형상을 결정짓는 재료매개변수는 이축응력 실험으로부터 도출하였다. 개발된 쉘 유한요소는 퇴화 고체기법과 횡 전단변형도를 고려하기 위하여 Reissner-Mindlin(RM)가정을 도입하였고 쉘의 두께가 얇거나, 즉 종횡비가 작거나, 균일하지 않은 유한요소망을 사용할 경우 구조물의 강성이 과대하게 평가되는 묶임현상(locking phenomenon)을 제거하기 위해 본 논문에서는 가변형도법을 도입하였다. 개발된 철근콘크리트 쉘 요소의 성능검증을 위해서 벤치마크 테스트를 수행하였고 그 결과 이 논문에서 도출한 유한요소해석 결과는 실험결과와 잘 일치 하였다
스위프 기하학적 모델은 곡선, 면 또는 입방체를 주어진 경로를 따라 이동시킴으로써 기하학적 모델을 생성하는 기법이다. 따라서 스위핑을 사용하면 프리즘 쉘의 곡면을 쉽게 정의할 수 있다. 본 논문은 스위프 기하학적 모델을 프리즘 쉘의 최적화에 적용하는 절차에 대하여 기술하였다. 제시한 스위프 기하학적 모델을 유한요소법과 융합하였고 프리즘 쉘의 반응을 계산하기 위해 9절점 퇴화쉘요소를 채용하였다. 본 연구에서 제시한 최적화과정을 증명하기 위하여 수치예제를 풀어 보았다. 수치예제를 통하여 제시한 스위프 기하학적 모델이 많은 종류의 프리즘 쉘을 최적화하는데 효율적이고 신뢰적인 방법인 것으로 나타났다.
Shahmohammadi, Mohammad Amin;Azhari, Mojtaba;Saadatpour, Mohammad Mehdi
Steel and Composite Structures
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제34권3호
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pp.361-376
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2020
This paper presents a free vibration analysis of shell panels made of functionally graded material (FGM) in the form of the ordinary and sandwich FGM and laminated shells using the isogeometric B3-spline finite strip method (IG-SFSM). B3-spline and Lagrangian interpolation are employed along the longitudinal and transverse directions respectively in this type of finite strip. The introduced finite strip formulation is based on the degenerated shell method, which provides variable thickness, arbitrary geometries, and analysis of thin or thick shells. Validity of the obtained natural frequencies by IG-SFSM is checked by comparison with results extracted from references for similar cases in different examples. These examples incorporate several geometries, materials, boundary conditions, and continuous thickness variation. A comparison of these two kinds of results and their proximity showed that the introduced IG-SFSM is a reliable tool which can be used in analysis of shells with the aforementioned properties.
The finite element analysis of plate and shell structures has been one of the major research interests for many years because of the technological importance of such structures. Quite often these structures are constructed by laminated composites. This is due to the high specific stiffness and strength of composite structures. The main objective of this paper is to extend the use of an improved degenerated shell element to the large displacement analysis of plates and shells with laminated composites. The total Lagrangian approach has been chosen for the definition of the deformation and the solution to the nonlinear equilibrium equations is obtained by the Newton-Raphson method.
The finite element modeling is used to study the buckling and postbuckling behavior of composite laminates with an embedded delamination. Degenerated shell element and rigid beam element are utilized for the finite element modeling. In the nonlinear finite element formulation, the updated Lagrangian description method based on the second Piola-Kirchhoff stress tensor and the Green strain tensor is used. The buckling and postbuckling behavior of composite laminates with a delamination are investigated for various delamination sizes, stacking sequences, and boundary conditions. It is shown that the buckling load and postbuckling behavior of composite laminates depend on the buckling model which is determined by the delamination size, stacking sequence and boundary condition. Also, results show that introduction of couplings can reduce greatly the buckling load.
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.
보강된 판 및 쉘구조의 동적 비선형해석을 수행하기 위하여, 유한회전을 고려한 변형된 쉘유한요소를 이용하여 total Lagrangian formulation이 제시된다. 전단구속 (shear locking) 현상과 가상의 제로에너지 모우드를 동시에 제거하기 위하여 가정변형도 개념을 채용한다. 탄소성해석에서는 return mapping 미해rithm이 쉘구조의 붕괴 해석에 적용된다. Newmark 직접적분법을 사용하여 동하중 및 지진하중을 받는 쉘구조의 동적 비선형해석 결과를 제시한다.
The post-peak analysis of concrete structures is carried out using a nine-node Reissner-Mindlin(RM) shell element which is formulated by using degenerated solid concepts. In order to avoid element deficiencies inherited in the standard RM shell element, assumed strains are adopted in the present shell element. A microscopic material model is adopted to represent the inelastic characteristic of concrete material. In particular, a concrete softening model is introduced to this material model. The arc-length control method is used to trace the post-peak behaviour of concrete structures. From the numerical test of the single-edge-notched beam, the present shell element shows a reasonable agreement with experimental data.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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