Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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1995.05a
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pp.141-153
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1995
An incremental Total Lagrangian Formulation is implemented for the finite element analysis of laminated composite pressure vessel with consideration of the material and geometric nonlinearities. For large displacements/large rotations due to geometric nonlinearities, the incremental equations are derived using a quadratic approximation for the increment of the reference vectors in terms of the nodal rotation increments. This approach leads to a complete tangent stiffness matrix. For material nonlinearity, the analysis is performed by using the piecewise linear method, taking account of the nonlinear shear stress-strain relation. The results of numerical tests include the large deflection behavior of the selected composite shell problem. When compared with the previous analysis, tile results are in good agreement with them. As a practical example, filament wound pressure vessel is analyzed with consideration of the geometrically and materially nonlinearity. The numerical results agree fairly well with the existing experimental results.
Piezoelectric composite laminates are a powerful material system that offers vast options to improve structural behavior. Successful design of piezoelectric adaptive structures and testing of control laws call for highly accurate, reliable and numerically efficient numerical tools. This paper puts focus onto linear and geometrically nonlinear static and dynamic analysis of smart structures made of such a material system. For this purpose, highly efficient linear 3-node and 4-node finite shell elements are proposed. Both elements employ the Mindlin-Reissner kinematics. The shear locking effect is treated by the discrete shear gap (DSG) technique with the 3-node element and by the assumed natural strain (ANS) approach with the 4-node element. Geometrically nonlinear effects are considered using the co-rotational approach. Static and dynamic examples involving actuator and sensor function of piezoelectric layers are considered.
In the analysis of the behavior of a complex structure, it requires much time and cost to analyze its behavior by using shell elements at the early design concept. For the purpose of the decrease of time and cost, many researches have been performed with the intention to analyze its behavior through replacing a shell model by a simple beam model. In the present study, a method is proposed for determining a bending spring stiffness which means the flexibility for applying into the joints of the simple beam model. Geometrically nonlinear analysis is performed through the application of the determined flexibility into joints of the simple beam model. The nonlinear behavior of thin-walled tube shell structure can be described within a little error through the simple beam model with flexible joints.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.28
no.2
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pp.307-317
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1991
A displacement-based finite element method is presented for the geometrically nonlinear analysis of eccentrically stiffened plates. The nonlinear degenerated shell and eccentric isobeam(isoparametric beam) elements are formulated on the basis of total Lagrangian and updated Lagrangian descriptions. To describe the stiffener's local plate buckling mode, some additional local degrees of freedom are used in the eccentric isobeam element. The eccentric isobeam element can be affectively employed to model the eccentric stiffener just like the case of the degenerated shell element. A detailed nonlinear analysis including the effects of stiffener's eccentricity is performed to estimate the critical load and the post buckling behaviour of an eccentrically stiffened plate. The critical buckling loads are found higher than analytic plate buckling load but lower than Euler buckling load which are the buckling strength requirements of classification society.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.29
no.2
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pp.132-139
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1992
This paper presents geometrically nonlinear formulation of shell problems using the three-dimensional curved shell element, which includs large displacements and large rotations. Formulations of the geometrically nonlinear problems can be derived in a variety of ways, but most of them have been obtained by assuming that nodal rotations are small. Hence, the tangent stiffness matrix is derived under the assumptions that rotational increments are infinitesimal and the effect of finite rotational increments have to be considered during the equilibrium iterations. To study the large displacement and large rotation problems, the restrictions are removed and the formulations of the curved shell element including the effect of large rotational increments are developed in this paper. The displacement based finite element method using this improved formulation are applied to the analyses of the geometrically nonlinear behaviors of the single and double curved shells, which are compared with the results by others.
The geometric nonlinearity has been successfully integrated with the design of steel structural system. Thus, the tubular lattice girder, one application of steel structural systems have already been optimized to obtain an economic design following the completion of computationally expensive design procedure. In order to decrease its computing cost, this study proposes to employ five multi-objective metaheuristics for the design optimization of geometrically nonlinear tubular lattice girder. Then, the employed multi-objective optimization algorithms (MOAs), NSGAII, PESAII, SPEAII, AbYSS and MoCell are evaluated considering their computing performances. For an unbiased evaluation of their computing performance, a tubular lattice girder with varying size-shape-topology and a benchmark truss design with 17 members are not only optimized considering the geometrically nonlinear behavior, but three benchmark mathematical functions along with the four benchmark linear design problems are also included for the comparison purpose. The proposed experimental study is carried out by use of an intelligent optimization tool named JMetal v5.10. According to the quantitative results of employed quality indicators with respect to a statistical analysis test, MoCell is resulted with an achievement of showing better computing performance compared to other four MOAs. Consequently, MoCell is suggested as an optimization tool for the design of geometrically nonlinear tubular lattice girder than the other employed MOAs.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1993.10a
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pp.55-62
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1993
Elastic failures of cantilevered cylindrical shells subject to lateral load are caused mainly by geometrical nonlinearlity. Geometerally nonlinear analysis is call for so as to investigate failure mechanisms. In this paper the geometericlly nonlinear analysis of cantilevered cylindrical shells under transverse load by the Rayleigh-Ritz Method is presented to examine the collapse loads and the process of cross-sectional deformations. The critical stress for relatively long cylinders have a tendency to show low level in comparison with the classical buckling stress for compression.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.15
no.2
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pp.125-135
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2011
The latest study for formulation of finite element method and computation techniques has progressed widely. The classical method in the formulation of frame elements for geometrically nonlinear analysis derives the geometric stiffness directly from the governing differential equation for bending with axial force. From the computational viewpoint of this paper, the most common approach is the finite element method. Commonly, the formulation of frame elements for geometrically nonlinear structures is based on appropriate interpolation functions for the transverse and axial displacements of the member. The formulation of flexibility-based elements, on the other hand, is based on interpolation functions for the internal forces. In this paper, a new method is used to suppose that interpolation functions for the displacements from the curvatures is Lagrangian interpolation. This paper derives flexibility matrix from that displacement functions and is considered the application of it. Using the flexibility matrix, this paper apply the program considered geometrically nonlinear analysis to common problems.
The objective of this work is to analyze large deflections of a fiber reinforced composite cantilever beam under point loads. In the solution of the problem, finite element method is used in conjunction with two dimensional (2-D) continuum model. It is known that large deflection problems are geometrically nonlinear problems. The considered non-linear problem is solved considering the total Lagrangian approach with Newton-Raphson iteration method. In the numerical results, the effects of the volume fraction and orientation angles of the fibre on the large deflections of the composite beam are examined and discussed. Also, the difference between the geometrically linear and nonlinear analysis of fiber reinforced composite beam is investigated in detail.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.4
no.4
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pp.179-189
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1996
An unstructured grid finite-volume method has been applied to predict the linear and nonlinear attenuation characteristics of the expansion chamber silencer system. In order to achieve a grid flexibility and a solution adaptation for geometrically silencer system. In order to achieve a grid flexibility and a solution adaptation for geometrically complex flow regions associated with the actual silencers, the unstructured mesh algorithm in context with the node-centered finite volume method has been employed. The present numerical model has been validated by comparison with the analytical solutions and the experimental data for the acoustic field of the concentric expansion chamber with and without pulsating flows, as well as the axisymmetric blast flowfield with open end. Effects of the chamber geometry on the nonlinear wave attenuation characteristics is discussed in detail.
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