• Steel and Composite Structures
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• 제47권3호
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• pp.365-374
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• 2023

This paper presents a new scheme for constructing locking-free finite elements in thick and thin plates, called Discrete Shear Gap element (DSG), using multiphase material topology optimization for triangular elements of Reissner-Mindlin plates. Besides, common methods are also presented in this article, such as quadrilateral element (Q4) and reduced integration method. Moreover, when the plate gets too thin, the transverse shear-locking problem arises. To avoid that phenomenon, the stabilized discrete shear gap technique is utilized in the DSG3 system stiffness matrix formulation. The accuracy and efficiency of DSG are demonstrated by the numerical examples, and many superior properties are presented, such as being a strong competitor to the common kind of Q4 elements in the static topology optimization and its computed results are confirmed against those derived from the three-node triangular element, and other existing solutions.

• 전산구조공학
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• 제3권1호
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• pp.97-107
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• 1990

본 연구에서는 쉘구조물의 해석을 위한 개선된 degenerated 쉘유한요소를 제시하였다. 본 연구의 개선된 degenerated 쉘요소는 shear locking 해결에 우수한 결과를 보인 가정된 전단변형도를 사용하고, membrane locking 현상을 제거하기 위해 평면내 변형도의 구성시 감차적분을 행하며, 쉘요소자체의 거동을 보완하기위해 비적합 변위형을 선택적으로 추가하였다. 본 요소는 기존 degenerated 요소계열에서 가장 큰 문제점중의 하나인 locking 현상과 전달가능한 거짓영에너지모드가 발생하지 않으며, 조각시험도 통과한다. 본 개선된 쉘요소의 거동을 알아보기위해 다수의 예제시험을 행하였다. 수치시험결과 본 요소는 빠른 수렴성과 안정성을 보여준다.

• 전산구조공학
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• 제3권3호
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• pp.113-123
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• 1990

본 연구에서는 개선된 degenerated 쉘 유한요소의 탄소성 및 기하학적 비선형 해석에의 적용성을 고찰하였다. 본 연구의 개선된 degenerated 쉘요소는 shear locking 해결에 우수한 결과를 보인 가정된 전단변형도를 대치사용하고, membrance locking 현상을 제거하기위해 평면내 변형도의 구성시 감차적분을 행하며, 쉘요소 자체의 거동을 보완하기위해 비적합변위형을 선택적으로 추가하였다. 본 요소는 shear/membrance locking이 발생하지 않으며, 전달가능한 거짓 영에너지모드도 나타나지않는다. 소성변형 정형화에서는 적층모델을 사용하며, 재료는 von Mises항복조건을 따른다고 가정한다. 유한변형을 고려한 기하학적 비선형 방정식을 total lagrangian수식화를 사용하여 정형화 하였고, 비선형 방정식은 하중제어 및 변위제어법을 사용한 Newton-Raphson 반복법으로 반복 계산한다. 여러 예제해석을 통하여 본 개선된 degenerated 쉘 유한요소의 정확도를 고찰하였다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제8권1호
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• pp.19-26
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• 1999

Superior performance of field consistent eight-node hexahedron element in static bending problems has already been demonstrated in literature. In this paper, its performance in free vibration is investigated. Free vibration frequencies of typical test problems have been computed using this element. The results establish its superior performance in free vibration, particularly in thin plate application and near incompressibility regimes, demonstrating that shear locking, Poisson's stiffening and volumetric locking have been eliminated.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제13권4호
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• pp.449-459
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• 2000

기존의 Mindlin이론을 바탕으로 한 감절점 쉘 요소는 두께가 두꺼운 쉘 구조를 해석할 경우 매우 좋은 결과가 얻어지는 것으로 알려져 있다. 그러나 두께가 얇은 쉘의 경우 전단구속 및 막구속 현상으로 인해 요소의 강성이 과대하게 평가되는 것으로 나타났다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 연구에서는 서로 다른 두 가지 막 및 전단 구속 해결방법을 조합하여 쉘 요소에 적용하였다. 첫 번째 요소는 전단 변형률에 가정된 전단변형률을 적용하였고, 막 변형률에는 감차적분법을 적용하였다. 두 번째 요소의 경우, 막 변형률과 전단 변형률 모두에 가정된 전단 변형률을 적용하여 쉘 구조해석을 수행하였다. 여러 가지 수치 해석을 수행한 결과, 두 가지 쉘 요소가 빠른 수렴성을 가지고 있는 것으로 나타났으며, 막 구속과 전단 구속 현상이 제거된 것을 나타났다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2004년도 춘계학술대회
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• pp.728-732
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• 2004

In the FE analysis of sheet metal forming, efficient results can be obtained by using shell elements rather than using solid elements. However, shell elements have some limitations to describe three-dimensional material laws. In the recent years, solid-shell element, which has only translational degree of freedom like solid element, has been presented. The assumed nature strain (ANS) and enhanced assumed strain (EAS) methods can be used to remove several solid-shell locking problems. In this paper, ANS method was used for diminish transverse shear locking and EAS method for thickness locking. Using the element, the steel pipe making process from flat plate analyzed effectively, which is including bending and welding.

• Architectural research
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• 제16권2호
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• pp.57-65
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• 2014

A study on the static analysis of Timoshenko beams is presented. A beam element is developed by using isogeometric approach based on Timoshenko beam theory which allows the transverse shear deformation. The identification of transverse shear locking is conducted by three refinement schemes such as h-, p- and k-refinement and compared to other reference solutions. From numerical examples, the present beam element does not produce any shear locking in very thin beam situations even with full Gauss integration rule. Finally, the benchmark tests described in this study is provided as future reference solutions for Timoshenko beam problems based on isogeometric approach.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제11권5호
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• pp.1785-1790
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• 2010

와류발산현상을 파악하기 위한 풍동과 2층 전단건물을 제작하였다. 풍동은 풍속이 24m/s까지 구현되도록 제작하였으며, 전단건물은 고유 진동수가 풍동에서 구현 할 수 있는 와류 진동수 범위에 속하도록 설계되었다. 원통형 실린더를 부착한 전단건물의 풍동실험을 수행하여 locking-on 현상에 의한 공명현상을 관찰하였다. 또한 관찰된 결과로부터 와류발산하중은 실린더의 진폭과 진동수의 영향이 작용하는 것을 파악하였다.

• 대한기계학회논문집
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• 제17권10호
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• pp.2535-2542
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• 1993

Two-noded curved beam elements, CMLC (field-consistent membrane and linear curvature) and IMLC(field-inconsistent membrane and linear curvature) are developed on the basis of Timoshenko's beam theory and curvilinear coordinate. The curved beam element is developed by the separation of the radial deflection into the bending deflection. In the CMLC element, field-consistent axial strain interpolation is adapted for removing the membrane locking. The CMLC element shows the rapid and stable convergence on the wide range of curved beam radius to thickness. The field-consistent axial strain and the separation of radial deformation produces the most efficient linear element possible.

• 대한기계학회논문집
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• 제17권11호
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• pp.2694-2703
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• 1993

In the vibration analysis of Timoshenko beams by the finite element method, it is necessary to use a large number of elements or higher-order elements in modeling thin beams. This is because the overestimated stiffness matrix due to the shear locking phenomenon when lower-order displacement-based elements are used yields poor eigensolutions. As a result, the total number of degrees of freedom becomes critical in view of computational efficiency. In this paper, the curvature-based formulation is applied to the vibration problem. It is shown that the curvaturebased beam elements are free of shear locking and very efficient in the vibration analysis.