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.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2003.10a
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pp.429-436
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2003
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.
In order to trace the lateral post-buckling behaviors of thin-wafled space frames, a geometrically nonlinear finite element formulation is presented by applying incremental equilibrium equations based on the updated Lagrangian formulation and introducing Vlasov's assumption. The improved displacement field for symmetric thin-walled cross sections is introduced based on inclusion of second order terms of finite rotations, and the potential energy corresponding to the semitangential rotations and moments is consistently derived. For finite element analysis, tangent stiffness matrices of the thinwalled space frame element with 7 degrees of freedom including the restrained warping for each node are derived by using the Hermition polynomials as shape functions. A co-rotational formulation in order to evaluate the unbalanced loads is presented by separating the rigid body rotations and pure deformations from incremental displacements and evaluating the updated direction cosines of the frame element due to rigid body rotations and incremental member forces from pure deformations. Finite element solutions for the spatial buckling and post-buckling analysis of thin-walled space frames are presented and compared with available solutions and other researcher's results.
A clearly consistent finite element formulation for geometrically non-linear analysis of space frames is presented by applying incremental equilibrium equations based on the updated Lagrangian formulation and introducing Vlasov's assumption. The improved displacement field for symmetric cross sections is introduced based on inclusion of second order terms of finite rotations, and the potential energy corresponding to the semitangential rotations and moments is consistently derived. For finite element analysis, elastic and geometric stiffness matrices of the space frame element are derived by using the Hermitian polynomials as shape functions. A co-rotational formulation in order to evaluate the unbalanced loads is presented by separating the rigid body rotations and pure deformations from incremental displacements and evaluating the updated direction cosines of the frame element due to rigid body rotations and incremental member forces from pure deformaions. Finite element solutions for the spatial buckling and post-buckling analysis of space frames are compared with available solutions and other researcher's results.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.20
no.11
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pp.3441-3453
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1996
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.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.14
no.8
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pp.108-114
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1997
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.
In this paper, we described a co-rotational formulation for the geometrical nonlinear analysis of three-dimensional frames. We suggested a new concept called the Zero-Twist-Section Condition (ZTSC) to decide the element coordinate system consistently. According to the ZTSC procedure, it is possible to obtain an element coordinate system and natural deformations consistently when finite displacements and rotations are induced in an element. Based on the developed procedure, numerical examples are investigated to calculate natural rotations while finite displacements are imposed on an element. Also, the developed co-rotational procedure gives accurate results in the analysis of post-buckling problems with finite rotations.
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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