This paper reviews the author's work on the development of relationships between solutions of the Kirchhoff (classical thin) plate theory and the Mindlin (first order shear deformation) thick plate theory. The relationships for deflections, stress-resultants, buckling loads and natural frequencies enable one to obtain the Mindlin plate solutions from the well-known Kirchhoff plate solutions for the same problem without much tedious mathematics. Sample thick plate solutions, deduced from the relationships, are presented as benchmark solutions for researchers to use in checking their numerical thick plate solutions.
For the analysis of Kirchhoff plate bending problems, a new meshless method is implemented. For the satisfaction of the C¹ continuity condition in which the first derivative is treated as another primary variable, Hermite interpolation is enforced on standard reproducing kernel particle method. In order to impose essential boundary conditions on solving C¹ continuity problems, shape function modifications are adopted. Through numerical tests, the characteristics and accuracy of the HRKPM are investigated and compared with the finite element analysis. By this implementation, it is shown that high accuracy is achieved by using HRKPM fur solving Kirchhoff plate bending problems.
Kirchhoff-Love 판 (KLP) 방정식은 특정 외력이 얇은 막에 끼치는 변형을 기술하는 잘 알려진 이론이다. 한편, frequency 도메인에서 진동하는 판을 해석하는 것은 주요 진동 주파수와 고유함수들을 구하는 것과 판의 진동을 예측하는데 중요하다. 다양한 모드 분석 방법들 중 dynamic mode decomposition (DMD)는 효율적인 data 기반 방법이다. 이 논문에서 우리는 DMD를 기반으로 sine 유형 외력의 영향력 안에 있는 KLP의 모드 분석을 수행한다. 우리는 먼저 유한차분법을 사용하여 이산적으로 표현된 시계열 형식의 KLP 해를 구한다. 720,00개의 FDM으로 생성된 해중에서, 오직 500개의 해만을 DMD의 구현을 위해 선택한다. 우리는 결과적으로 얻어진 DMD-mode를 보고한다. 또한, DMD를 통하여 KLP의 해를 예측하는 효율적인 방법을 소개한다.
사각형 판 유한요소의 정적 성능을 여러 가지 문제에 대한 수치 실험을 통해 비교 분석하였다. Kirchhoff이론과 Mindlin이론에 근거한 변위요소, 평형요소, Mixed 또는 Hybrid요소들을 대상으로 문헌조사를 통해 우수요소를 선정하였으며 사각형 판 문제, 마름모형 판 문제, 원형 판 문제, 외팔보형 판 문제를 다양한 격자, 경계조건에 대해 풀어 해를 비교하였다. Kirchhoff요소에서는 12자유도요소로 Armanios의 요소, 24 자유도 요소로 Watkins요소의 거동이 우수하였으나 전반적으로 Mindlin요소에 비해 거동이 떨어진다. Mindlin요소 중에서는 Hinton의 요소가 효율성, 수렴성, 신뢰성의 면에서 가장 우수하나 마름모형 판 문제나 뒤틀린 격자 문제등에서는 거동이 좋지 않으므로 계속 연구할 필요가 있다.
For the analysis of Kirchhoff plate bending problems, a new meshless method is implemented. For the satisfaction of the $C^1$ continuity condition in which the first derivative is treated an another primary variable, Hermite interpolation is enforced on standard reproducing kernel particle method. In order to impose essential boundary conditions on solving $C^1$ continuity problems, shape function modifications are adopted. Through numerical tests, the characteristics and accuracy of the HRKPM are investigated and compared with the finite element analysis. By this implementatioa it is shown that high accuracy is achieved by using HRKPM for solving Kirchhoff plate bending problems.
This study investigates the bending of an isotropic thin rectangular plate in finite deformation. Employing hyperelastic material of John's type, a non-classical model which generalizes the famous Kirchhoff's plate equation is obtained. Exact solution for deflection of the plate under sinusoidal loads is obtained. Finally, it is shown that the non-classical plate under consideration can be used as a replacement for Kirchhoff's plate on an elastic foundation.
In this proposed work new finite element model for multi-delaminated plates is proposed. In the current analysis procedures of multi-delaminated plates, plate element based on Mindlin plate theory is used in order to obtain accurate results of out-of-plane displacement of thick plate. And for delaminated region, plate element based on Kirchhoff plate theory is considered. To satisfy the displacement continuity conditions, displacement vector based on Kirchhoff theory is transformed to displacement of transition element. The numerical results show that the effect of delaminations on the modal parameters of delaminated composites plates is dependent not only on the size, the location and the number of the delaminations but also on the mode number and boundary conditions. Kirchhoff based model have higher natural frequency than Mindlin based model and natural frequency of the presented model is closed to Mindlin based model.
Static performance was compared for the triangular plate elements through some numerical experiments. Four Kirchhoff elements and six Mindlin elements were selected for the comparison. Numerical tests were executed for the problems of rectangular plates with regular and distorted meshes, rhombic plates, circular plates and cantilever plates. Among the Kirchhoff 9 DOF elements, the discrete Kirchhoff theory element was the best. Element distortion and the aspect ratio were shown to have negligible effects on the displacement behaviour. The Specht's element resulted in better results than the Bergan's but it was sensitive to the aspect ratio. The element based on the hybrid stress method also resulted in good results but it assumed to be less reliable. Among the linear Mindlin elements, the discrete shear triangle was the best in view of reliability, accuracy and convergence. Since the thin plate behaviour of it was as good as the DKT element, it can be used effectively in the finite element code regardless of the thickness. As a quadratic Mindlin element, the MITC7 element resulted in best results in almost all cases considered. The results were at least as good as those of doubly refined meshes of linear elements.
An isogeometric approach is presented for static analysis of thin plate problems of various geometries. Non-Uniform Rational B-Splines (NURBS) basis function is applied for approximation of the thin plate deflection, as for description of the geometry. The governing equation based on Kirchhoff plate theory, is discretized using the standard Galerkin method. The essential boundary conditions are enforced by the Lagrange multiplier method. Several typical examples of thin plate and thin plate on elastic foundation are solved and compared with the theoretical solutions and other numerical methods. The numerical results show the robustness and efficiency of the proposed approach.
In this proposed work, computational, finite element model far multi-delaminated plates will be developed. In the current analysis procedures of multi-delaminated plates, different elements are used at delaminated and undelaminated region separately. In the undelaminated region, plate element based on Mindlin plate theory is used in order to obtain accurate results of out-of-plane displacement of thick plate. And for delaminated region, plate element based on Kirchhoff plate theory is considered. To satisfy the displacement continuity conditions, displacement vector based on Kirchhoff theory is transformed to displacement of transition element. Element mass and stiffness matrices of each region (delaminated, undelaminated and transition region) will be assembled for global matrix.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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