A Geometrically Nonlinear Analysis for the Eccentric Degenerated Beam Element Considering Large Displacements and Large Rotations

대변위 밀 대회전을 고려한 편심된 격하 보요소의 기하학적 비선형해석

To study the large displacement and large rotation problems, geometrically nonlinear formulation of eccentric degenerated beam element has been developed, where the restrictions of infinitesimal rotation increments are removed and the incremental equations are derived using the Taylor series expansion of the displacement function at time t+dt. The geometrically nonlinear analyses are carried out for the cases of cantilever, square frame, shallow arch and 45-degree bend beam and all of them are compared with each of the other results published. The element developed in the present research can be efficiently utilized for analysis of the nonlinear behaviours of structures when displacements and rotations are large.

3차원 편심 보요소의 기하학적 비선형 해석에서 증분 평형식을 유도하는 일반적인 방법의 대부분은 비선형을 고려한 가상일의 평형방정식을 선형화하는 방법으로, 회전증분이 미소하다는 가정에 의해서 선형화된 증분 평형식을 유도하고, 구조물의 변형이 일어나는 동안에 발생하는 유한회전의 영향은 반복계산의 과정에서 고려하는 방법이다. 그리고 유한회전을 고려하는 개선된 방법으로 Surana와 Onate 등에 의해서 개발되었는데, Surana는 비선형 절점함수를 가정하였고, Onate는 회전행렬의 관계식을 이차항까지 고려하여 비선형 증분 평형식을 유도하였다. 본 논문에서는 비선형 해석의 증분이론(incremental theory)을 도입, $^{t+dt}U_i$ 변위증분을 Talyer 급수로 2차항까지 전개하므로서 1차 선형항($U_L$)과 2차 유한회전항($U_R$)으로 표시하여 연속체운동의 비선형 증분평형식에서 유한회전의 영향을 고려하는 방법을 사용하였다. 이상의 해석방법에 따른 수치해석 결과는 Surana와 Onate등에 의하여 다루어진 예제와 비교 하였다.