A finite element analysis is performed for lateral buckling problems on the basis of a geometrically nonlinear formulation for a beam with small elastic strain but with possibly large rotations. The total Lagrangian formulation for a general large deformation, which involves finite rotations, is chosen and the exponential map is used to treat finite rotations from the Eulerian point of view. For lateral buckling, the point of vanishing determinant of the resulting unsymmetric tangent stiffness is traced to examine its relationship to bifurcation points. It is found that the points of vanishing determinant is not corresponding to bifurcation points for large deformations in general, which suggests that the present unsymmetric tangent stiffness is not an exact first derivative of internal forces with respect to displacement. This is illustrated through several numerical examples and followed by appropriate discussion.
In this paper, a geometrically nonlinear meshfree analysis of 3D various forms of shell structures using the double director shell theory with finite rotations is proposed. This theory is introduced in the present method to remove the shear correction factor and to improve the accuracy of transverse shear stresses with the consideration of rotational degrees of freedom.The present meshfree method is based on the radial point interpolation method (RPIM) which is employed for the construction of shape functions for a set of nodes distributed in a problem domain. Discrete system of geometrically nonlinear equilibrium equations solved with the Newton-Raphson method is obtained by incorporating these interpolations into the weak form. The accuracy of the proposed method is examined by comparing the present results with the accurate ones available in the literature and good agreements are found.
A new linkage framework between elastic shell element with finite rotation and computar-aided geometric design (CAGD) (or surface is developed in the present study. The framework of shell finite element is based on the generalized curved two-parametric coordinate system. To represent free-form surface, cubic B-spline tensor-product functions are used. Thus the present finite element can be directly linked into the geometric modeling produced by surface generation tool in CAD software. The efficiency and accuracy of the Previously developed linear elements hold for the nonlinear element with finite rotations. To handle the finite rotation behavior of shells, exponential mapping in the SO(3) group is employed to allow the large incremental step size. The integrated frameworks of shell geometric design and nonlinear computational analysis can serve as an efficient tool in shape and topological design of surfaces with large deformations.
구속된 ?(restrained warping)효과를 고려하는 박벽 공간뼈대구조의 횡후좌굴거동을 조사하기 위하여 기하학적 비선형 유한요소이론 및 해석법을 제시한다. 가상일의 원리를 이용하여 대변형효과를 고려한 3차원 연속체의 평형방정식으로부터, 구속된 ?효과를 고려하고 유한한 회전각의 2차항의 효과를 포함하는 변위장을 도입하여 초기응력을 받는 박벽 공간뼈대요소의 증분평형방정식을 유도한다. 박벽 공간뼈대구조를 유한요소로 나누고 변위장을 요소변위에 관한 Hermitian 다항식으로 나타내어 이를 평형방정식에 대입함으로써 접선강도행렬을 유도한다. 또한 updated Lagrangian formulation에 근거하여, 증분변위로부터 강체회전변위와 순수변형성분을 분리시켜서 강체회전은 요소의 방향변화를 결정하고, 순수변형은 부재력증분을 산정하는 불평형하중 산정법을 제시한다. 박벽 공간뼈대구조의 횡-비틂좌굴 및 후좌굴 거동에 대한 예제들을 통하여 본 연구에 대한 해석결과와 문헌의 결과를 비교 검토함으로써 본 연구에서 제시된 이론 및 해석방법의 정당성을 입증한다.
공간뼈대의 구조에 대하여 기하학적 비선형성이 고려될 수 있는 유한요소이론 및 해석법을 제시한다. 이를 위하여 가상일의 원리를 이용하여 대변형효과를 고려한 3차원 연소체의 평형방정식으로부터, 구속된(restrained warping)효과를 무시하고 유한한 회전각의 2차항의 효과를 포함하는 변위장을 도입하여 초기응력을 받는 공간뼈대요소의 증분평형방정식을 유도한다. 공간뼈대구조를 유한요소로 나누어 요소의 변위장을 요소변위 벡터에 관한 Hermitian다항식으로 나타내고 이를 평형방정식에 대입함으로써 탄성 및 가하학적인 강도행렬을 유도한다. 또한 updated Lagrangian co-rotational formulation에 근거하여, 증분변위로부터 강체회전변위와 순수변형성분을 분리시켜서 강체회전은 요소의 방향변화를 결정하고, 순수변형은 부재력증분을 산정하는 불평형하중 산정법을 제시한다. 공간뼈대구조의 횡-비틂좌굴 및 후좌굴 거동에 대한 예제들을 통하여 본 연구에 대한 해석결과와 문헌의 결과를 비교 검토함으로써 본 연구에서 제시된 이론 및 해석방법의 정당성을 입증한다.
A finite element anlaysis is performed for large deformations of a felxible beam. The total Lagrangian formulation for a general large deformation, which involves finite rotations, is chosen and the exponential map is used to treat finite rotations from the Eulerian point of view. The finite elements results are confirmed for several cases of deformations through comparison to a first order elasticity solution obtained by numerical integration, and the agreement between the two is found to be excellent. For lateral buckling, the point of vanishing determinant of the resulting unsymmetric tangent stiffness is traced to examine its relationship to bifurcation points. It is found that the points of vanishing determinant is not corresponding to bifurcation points for large deformation in general, which suggests that the present unsymmetric tangent stiffness is not an exact first derivative of internal forces with respect to displacement.
A simple and efficient method is presented for the dynamics of interconnected flexible beams having large rigid body rotations. A simple mass matrix is obtained by interpolating the displacements in the global inertia frame, and the elastic force is also simply computed by using linear finite element technique with the moving frame attached to the beam. For the beams connected by revolute joints, kinematic constraints and relative rotations between the beans are not required and the equations of motions are time integrated by a simple ODE technique. Numerical simulations are conducted to demonstrate the accuracy and efficiency of the present technique.
이 연구에서는 박벽 뼈대 구조물의 3차원 기하 비선형 해석을 위한 Corotational 정식화를 유도하였으며, 특히 변형 후 부재좌표계 결정에서 모호했던 기존의 이론을 단면의 물리적 적합 조건을 이용하여 해결하였다. 부재 양단의 순수 비틀림 회전값이 서로 크기는 같고 방향은 반대가 되는 상태를 적합조건으로 적용하고, 이를 특별히 ZTSC(Zero Twisted Section Condition)이라고 명명하였다. 개발된 방법의 타당성을 검증하기 위하여 기존의 다른 연구자가 사용한 방법과 비교하여 대회전변위가 발생한 경우에 대한 순수회전변위 결과를 검토하였으며, 개발된 Corotational 정식화를 이용하여 3차원 대변위가 발생하는 세장한 구조물의 후좌굴 해석을 성공적으로 수행하였다.
This study was designed to investigate the reciprocal movement which was derived form application of active torque in ideal archwire by computer-aided three-dimensional finite element analysis of maxillary teeth and surrounding periodontal ligament composed of 2617 elements and 3725 nodes. Ideal archwire model was also made using the beam elements and the contact between the wire and the bracket slot was made using the gap element. In this study non-linear elastic behaviors of contact between the wire and the bracket slot were considered on. We put the active torque between the lateral and cenral incisor and between the second premolar and the first molar with/without cinch-back. The results were expressed by quantitative and visible ways. The findings of this study were as follows: 1. Reciprocal actions to active torque were complex system consisting of a combination of counter-torque, bucco-lingual linear displacement and tipping, rotation of the teeth, occluso-gingival linear displacement. 2. When active anterior crown labial torque was applied, crown labial tippings of the lateral were the greatest, and those of the central incisor was the next, Crown lingual tippings of the canine and the first premolar, mesial rotations and extrusion of the lateral and distal rotations and intrusion of the canine occurred. When anterior torque with the cinch-back was applied, amount of crown labial tippings of the lateral and central incisor were reduced. Amount of crown lingual tipping of the canine and the first premolar were increased. Mesial tippings and mesial rotations of the second molar occurred. 3. When active posterior crown lingual torque was applied, crown lingual tippings of the first moalr were the greatest, and crown labial tippings of the second premolar and the first premolar were the next, the crown lingual tipping of the second molar were a little. Mesial rotations of the second premolar occurred but those of the first premolar didn't occurred.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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