Time-domain Finite Element Formulation for Linear Viscoelastic Analysis Based on a Hereditary Type Constitutive Law

유전적분형 물성방정식에 근거한 선형 점탄성문제의 시간영역 유한요소해석

A new finite element formulation based on the relaxation type hereditary integral is presented for a time-domain analysis of isotropic, linear viscoelastic problems. The semi-discrete variational approximation and elastic-viscoelastic correspondence principle are used in the theoretical development of the proposed method. In a time-stepping procedure of final, linear algebraic system equations, only a small additional computation for past history is required since the equivalent stiffness matrix is constant. The viscoelasticity matrices are derived and the stress computation algorithm is given in matrix form. The effect of time increment and Gauss point numbers on the numerical accuracy is examined. Two dimensional numerical examples of plane strain and plane stress are solved and compared with the analytical solutions to demonstrate the versatility and accuracy of the present method.

본 연구에서는 이완형 물성방정식을 바탕으로 하며 프와송 비가 일정하다는 가정을 하지 않는다. 또한 점탄성 지배방정식에 변분원리를 적용하고 유도되어진 식 에 유한요소해법을 사용하여 시스템 기본해석을 위한 연립방정식을 유도한다. 이와 함께 점탄성 물성함수의 유도 및 응력계산을 위한 공식화 과정도 설명한다. 제시된 방법론의 타당성 및 정확성을 보이기 위해서 평면응력 및 평면변형 문제의 변위 및 응력을 수치해석하여 이론해와 비교 검토하며, 아울러 시간증분의 변화와 Gauss poi- nts수가 수치정확도에 끼치는 영향을 조사한다.