Static, Buckling and Free Vibration Analyses of Fibrous Composite Plate using Improved 8-Node Strain-Assumed Finite Formulation by Direct Modification

직접수정된 8절점 가정변형률 유한요소를 이용한 복합적층판의 정적, 좌굴 및 자유진동 해석

In this paper, a simple improved 8-node finite element for the finite element analysis of fibrous composite plates is presented by using the direct modification. We drive explicit expressions of shape functions for the 8-node element with bilinear element geometry, which is modified so that it can represent any quadratic fields in Cartesian coordinates. The refined first-order shear deformation theory is proposed, which results in parabolic through-thickness distribution of the transverse shear strains and stresses from the formulation based on the third-order shear deformation theory. It eliminates the need for shear correction factors in the first-order theory. This finite element is further improved by combined use of assumed strain, modified shape function, and refined first-order theory. To show the effectiveness of our simple modification on the 8-node finite elements, numerical studies are carried out the static, buckling and free vibration analysis of fibrous composite plates.

본 논문에서는 복합적층판의 유한요소해석을 위해 직접수정법으로 간단히 개선된 8절점 유한요소를 제안하였다. 우선, 9절점 등매개변수 요소와 동일한 조건하에서 이차다항식을 표현할 수 있도록 형상함수를 수정하며, 이를 외시적(explicit)으로 표현하였다. 전단보정계수를 갖는 1차전단변형이론을 고차전단변형이론에 근거하여 간단히 개선함으로써 두께방향으로 전단응력 및 변형률이 포물선 분포를 가지도록 하였다. 더 이상의 전단보정계수가 필요하지 않다. 따라서 간단한 직접수정법 즉, 형상함수의 수정, 1차전단변형이론의 개선 및 가정변형률을 조합함으로써 8절점 유한요소의 성능을 개선하였다. 제안된 유한요소를 이용하여 복합적층판의 정적, 좌굴 및 자유진동 수치해석을 실시하여 비교 검증하였다.