Use of axisymmetric shell element for the structure increases the efficiency and accuracy in finite element analysis of the interaction between the ground and the structure. This paper derived the force balance equation and the moment balance equation for an axisymmetric shell element based on Kirchhoff's theory. The governing equation for the axial deformation used the isoparametric shape function in the Galerkin formulation, and the governing equation for the shell bending used the higher-order shape function. The developed axisymmetric shell element was combined with Geo-COUS, a geotechnical finite element program for the coupled analysis with the ground. The accuracy of the developed element was confirmed through the example analyses of the circular plate and the liquid storage tank. And the energy balance equation for the axisymmetric shell element is presented.
In this paper, the computational algorithm for free vibration analysis of an axisymmetric cylindrical shell is formulated by the Sylvester-transfer stiffness coefficient method (S-TSCM) which combines the Sylvester's inertia theorem and the transfer stiffness coefficient method. After the computational programs for obtaining the natural frequencies and natural modes of the axisymmetric cylindrical shell are made by the S-TSCM and the finite element method (FEM), the computational results which are natural frequencies, natural modes, and computational times by both methods are compared. From the computational results, we can confirm that S-TSCM has the reliability in the free vibration analysis of the axisymmetric cylindrical shell and is superior to FEM in the viewpoint of computational times.
In this paper, the algorithm for the static analysis of an axisymmetric cylindrical shell by using the finite element-transfer stiffness coefficient method (FE-TSCM) is suggested. TE-TSCM combining both the modeling procedure of the finite element method (FEM) and the transfer procedure of the transfer stiffness coefficient method (TSCM) has the advantages of FEM and TSCM. After computational programs are made by both FE-TSCM and FEM for the stress analysis of the axisymmetric cylindrical shell, we compare the numerical results by FE-TSCM with those of FEM for two computational models in order to confirm the trust of FE-TSCM.
It is very important to analyze the dynamic responses of the shell structures from the viewpoint of the design of shell structures with a variety of axisymmetric loadings. In this paper, the computational algorithm for the dynamic response analysis of an cylindrical shell with axisymmetric loading is formulated by the transfer mass coefficient method based on the transfer of mass coefficient. After the computational programs for obtaining the dynamic responses of cylindrical shells with axisymmetric loading are made by the transfer mass coefficient method and the finite element method, the computational results by both methods are compared. From the computational results, we can confirm that the transfer mass coefficient method has the effectiveness in the dynamic response analyses of cylindrical shells with a variety of axisymmetric loadings.
The strength, deformation and buckling of a large engineering structure consisting of four ellipsoidal shells, two cylindrical shells with stiffening ribs and large holes, one conical shell and three pairs of large flanges under external pressure, self weight and heat sinks have been analysed by using two kinds of five different finite elements - four assumed displacement finite elements (shell element with curved surfaces, axisymmetric conical shell element with variable thickness, three dimensional eccentric beam element, axisymmetric solid revolutionary element) and an assumed stress hybrid element (a 3-dimensional special element developed by authors). The compatibility between different elements is enforced. The strength analyses of the top cover and the main vessel are described in the paper.
In this study, a new harmonic axisymmetric thick shell element for static and dynamic analyses is proposed. The newly proposed element considering shear strain is based on a modified Hellinger-Reissner variational principle, and introduces additional nodeless degrees for displacement field interpolation in order to enhance numerical performance. The stress parameters selected via the field-consistency concept. are very important in formulating a trouble-free hybrid-mixed elements. For computational efficiency, the stress parameters are eliminated by the stationary condition and then the nodeless degrees are condensed out by the dynamic reduction. Several numerical examples confirm that the present element shows improved efficiency and yields very accurate results for static and vibration analyses.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.45
no.2
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pp.68-77
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2003
Shell structure are widely used in a variety of engineering application and mathematical solution of shell structures are available only for a few special cases. The solution of shell structure is more complicated when it has such condition as winker foundation, variable thickness and other problem. In this paper, a simple finite element method is presented for the analysis of axisymmetric several types of shell structure subjected to axisymmetric loads and having uniform and varying wall thickness on elastic foundation. The method is based on the analogy with a beam on elastic foundation (BEF), foundation stiffness matrix where the foundation modulus and beam flexural rigidity are replaced by appropriate parameters pertaining to the shell under considerations. The technique is attractive for implementation on a numerical solution by means of a computer program coded in FORTRAN language with a few elements. To demonstrate this fact, it gives good results which compare well with SAP2000.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.16
no.2
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pp.165-172
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2003
In this study, a new and efficient harmonic axisymmetric shell element for static and dynamic analysis Is proposed. The present element considering shear strain is based on a modified mixed variational principle in which the independent unknowns are only the Quantities prescribable at the shell edges. Unlike existing hybrid-mixed axisymmetric shell elements, the present element introduces additional nodeless degrees for displacement field Interpolation In order to enhance the numerical performance. The stress parameters are eliminated by the stationary condition and the nodeless degrees are condensed out by the Guyan reduction. Through several numerical examples, the hybrid-miked shell element with the additional nodeless degrees and the consistent stress parameters is shown to be efficient and yield very accurate results for static and vibration analysis.
Various finite elements have been studied and developed to analyze a variety of structures in the finite element method(FEM). The transfer stiffness coefficient method(TSCM) is an effective algorithm for structural analysis but the structures which can be applied were limited. In this paper, a computational algorithm for the structural analysis of axisymmetric conical shells under axisymmetric loading is formulated using the finite element-transfer stiffness coefficient method(FE-TSCM). The basic concept of FE-TSCM is the combination of the modeling technique of FEM and the transfer technique of TSCM. The FE-TSCM has all the advantages of both FEM and TSCM. After carrying out the structural analysis of axisymmetric conical shells using FEM, FE-TSCM, and analytical method we compare the computational results of FE-TSCM with those of the other methods in terms of computational accuracy.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.21
no.6
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pp.925-932
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1997
Two shear-flexible curved axisymmetric shell elements with two nodes, LCCS(linear curvature and constant strain) and CCCS(constant curvature and constant strain) are designed based on the assumed meridional strain fields and shallow shell geometry. At the element level, meridional curvature, membrane strain and shear strain fields are assumed by using polynomials and the displacement fields are obtained by integrating the assumed strain fields along the shallowly curved meridian. The formulated elements have high order displacement fields consistent with the strain field. Several test problems are given to demonstrate the performance of the two elements. Analysis results obtained reveal that the elements are very accurate in the displacement and the stress predictions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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