The ratcheting characteristics of cylindrical shell under cyclic axial loading are investigated. The specimens are subjected to stress-controlled cycling with non-zero mean stress, which causes the accumulation of plastic strain or ratcheting behavior in continuous cycles. Also, cylindrical shell shows softening behavior under symmetric axial strain-controlled loading and due to the localized buckling, which occurs in the compressive stress-strain curve of the shell; it has more residual plastic strain in comparison to the tensile stress-strain hysteresis curve. The numerical analysis was carried out by ABAQUS software using hardening models. The nonlinear isotropic/kinematic hardening model accurately simulates the ratcheting behavior of shell. Although hardening models are incapable of simulating the softening behavior of the shell, this model analyzes the softening behavior well. Moreover, the model calculates the residual plastic strain close to the experimental data. Experimental tests were performed using an INSTRON 8802 servo-hydraulic machine. Simulations show good agreement between numerical and experimental results. The results reveal that the rate of plastic strain accumulation increases for the first few cycles and then reduces in the subsequent cycles. This reduction is more rapid for numerical results in comparison to experiments.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.7
no.9
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pp.119-130
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1999
This paper deals buckling behavior of laminated composite cylindrical shells subjected to combination of axial compression and torison. Linear and nonlinear finite element analysis are carried out . the influence of load type, load ratio, fiber orientation angle, stacking sequence, and intial imperfect on buckling behavior is discussed.
The dynamic instability of cylindrical shell with clamped-free boundary condition subjected to constant follower force or $P_0 + P_1cos {\Omega}_t$ type pulsating follower force is analyzed. The motion of shell is modeled using the shell theory considering rotary inertia and shear deformation, and analyzed with finite element method. In case of constant follower force, the changes of eigenvalues dependent on the magnitude of applied load are investigated and the critical loads are obtained. In case pulsating follower force, instability regions of exicitation frequency are obtained by modal transform with right and left modal matrix and by multiple scales method. The effects of thickness ratio and aspect ratio on the instability of shell are studied.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1999.04a
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pp.195-202
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1999
In this Paper, a so-called volume-control method for nonlinear failure analysis of reinforced concrete cylindrical structures is proposed. The pressure node which defines uniform change of pressure on finite element is added into layered shell element utilizing in-plane constitutive models of reinforced concrete and layered formulation. With the pressure node formulation, one can control the change in volume enclosed by the cylindrical structures and determine the required change in pressure. An algorith of volume-control method is employed and failure analyses for RC cylindrical structures are carried out using proposed method.
The ratcheting and strain cyclic behaviour of joined conical-cylindrical shells under uniaxial strain controlled, uniaxial and multiaxial stress controlled cyclic loading are investigated in the paper. The elasto-plastic deformation of the structure is simulated using Chaboche non-linear kinematic hardening model in finite element package ANSYS 13.0. The stress-strain response near the joint of conical and cylindrical shell portions is discussed in detail. The effects of strain amplitude, mean stress, stress amplitude and temperature on ratcheting are investigated. Under strain symmetric cycling, the stress amplitude increases with the increase in imposed strain amplitude. Under imposed uniaxial/multiaxial stress cycling, ratcheting strain increases with the increasing mean/amplitude values of stress and temperature. The abrupt change in geometry at the joint results in local plastic deformation inducing large strain variations in the vicinity of the joint. The forcing frequency corresponding to peak axial ratcheting strain amplitude is significantly smaller than the frequency of first linear elastic axial vibration mode. The strains predicted from quasi static analysis are significantly smaller as compared to the peak strains from dynamic analysis.
The cylindrical shells are used as primary components of complex structures such as airplane fuselages and nuclear pressure vessels. Recently the free vibration analysis of these structures are investigated by many researchers. The engineering informations on experimental validation of the free vibration behavior on the simply supported cylindrical shells are very few. The experimental methods for realizing the physical boundary condition of simply supported edges are examined. Natural frequencies and mode shapes of the isotropic and plain weave composite simply supported shells are obtained by modal tests. A theoretical and finite element analysis are also performed in order to validate the experimental results. The experimental results indicate that the simply supported boundary conditions with bolts along the circumferential direction of shell in both ends are well achieved. Those are shown to agree with the analytical results and with the finite element analysis results. These methods can be used to realize other experimental simple support boundary conditions.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2004.10a
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pp.69-72
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2004
A new three-node triangular shell element based on higher order zig-zag theory is developed for laminated composite shells with multiple delaminations. The present higher order zig-zag shell theory is described in a general curvilinear coordinate system and in general tensor notation. All the complicated curvatures of surface including twisting curvatures can be described in an exact manner in the present shell element because this element is based on geometrically exact surface representation. The displacement field of the proposed finite element includes slope of deflection, which requires continuity between element interfaces. Thus the nonconforming shape function of Specht's three-node triangular plate bending element is employed to interpolate out-of-plane displacement. The present element passes the bending and twisting patch tests in flat surface configurations. The developed element is evaluated through the eigenvalue problems of composite cylindrical shells with multiple delaminations. Through the numerical examples it is demonstrated that the proposed shell element is efficient because it has minimal degrees of freedom per node. The present shell element should serve as a powerful tool in the prediction of natural frequency and modes of multi-layered thick laminated shell structures with arbitrary-shaped multiple delaminations.
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.
The present work deals with second order statistics of post buckling response of piezoelectric laminated composite cylindrical shell panel subjected to hygro-thermo-electro-mechanical loading with random system properties. System parameters such as the material properties, thermal expansion coefficients and lamina plate thickness are assumed to be independent of the temperature and electric field and modeled as random variables. The piezoelectric material is used in the forms of layers surface bonded on the layers of laminated composite shell panel. The mathematical formulation is based on higher order shear deformation shell theory (HSDT) with von-Karman nonlinear kinematics. A efficient $C^0$ nonlinear finite element method based on direct iterative procedure in conjunction with a first order perturbation approach (FOPT) is developed for the implementation of the proposed problems in random environment and is employed to evaluate the second order statistics (mean and variance) of the post buckling load of piezoelectric laminated cylindrical shell panel. Typical numerical results are presented to examine the effect of various environmental conditions, amplitude ratios, electrical voltages, panel side to thickness ratios, aspect ratios, boundary conditions, curvature to side ratios, lamination schemes and types of loadings with random system properties. It is observed that the piezoelectric effect has a significant influence on the stochastic post buckling response of composite shell panel under various loading conditions and some new results are presented to demonstrate the applications of present work. The results obtained using the present solution approach is validated with those results available in the literature and also with independent Monte Carlo Simulation (MCS).
The paper investigates the dynamic buckling behaviour of a laminated composite stiffened cylindrical shell using the commercial finite element code ABAQUS. The numerical model of the composite shell is validated by static tests. In particular, the experimental collapse test is numerically simulated by a quasi static analysis carried out by both ABAQUS/Standard and ABAQUS/Explicit. The behaviour in the post-buckling field and the collapse load obtained by the analyses are close to the experimental data. The validated model is then used to study the dynamic buckling behaviour with ABAQUS/Explicit. The effects of the loading magnitude and of the loading duration are investigated, implementing in the analysis also first-ply failure criteria. It is observed that the dynamic buckling load is highly affected by the loading duration.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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