Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea (한국전산구조공학회논문집)

Computational Structural Engineering Institute of Korea (한국전산구조공학회)
권호 표지

Analysis of Anisotropic Folded Structures using Triangular and Quadrilateral Elements

3절점 및 4절점 요소를 이용한 비등방성 절판 구조물의 해석

  • 유용민 (삼성엔지니어링 인프라사업팀) ;
  • 임성순 (서울시립대학교 토목공학과) ;
  • 장석윤 (서울시립대학교 토목공학과)
  • Published : 2007.02.28
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

This study deals with displacement analysis of anisotropic folded structures with triangular elements and quadrilateral elements. When folded plates are analyzed, triangular elements as well as quadrilateral elements are needed for conveniences of modelling. However, using triangular elements is not a simple problem. A simple formulation is presented which allows a quadrilateral element to degenerate into a triangular element. Therefore it can easily be used for computational simplicity and avoided complexities on mixed use of triangular element and quadrilateral element. In this paper, a high-order shear deformation theory using only Lagrangian interpolation functions and drilling degrees of freedom for folded plates are utilized for more accurate analysis. Especially, various results of anisotropic laminated and folded composite structures with triangular element and quadrilateral element show the structural behavior characteristics of them.

본 연구에서는 3절점 요소와 4절점 요소를 가지는 비등방성 절판 구조물의 처짐 해석을 수행한다. 절판 구조물을 해석할 때 4절점 요소뿐만 아니라 3절점 요소의 사용이 필요한 경우가 발생하게 된다 그러나 3절점 요소를 사용하는 것은 간단하지 않다. 그러므로 본 연구에서 사용한 3절점 요소는 4절점 요소에서 절점을 감소시키는 방법을 사용하여 계산 과정의 편의성과 3절점 요소의 사용으로 인한 복잡성을 피할 수 있다. 이러한 방법을 고차 전단변형이론에 적용하기 위하여 Lagrangian 보간함수만을 사용한다. 또한 해석과정의 편의성 및 정확성을 위하여 면내회전각 자유도를 도입한다. 특히 본 논문에서는 3절점 및 4절점 요소의 사용에 의한 비등방성 복합적층 절판 구조물의 거동 특성을 분석하며 이에 대한 영향을 다양한 매개변수를 통하여 상세히 규명하고자 한다.

Keywords

References

  1. 유용민, 임성순, 장석윤(2003) 임의의 골절각도를 갖는 비등방성 절판의 변위형상 비교, 대한토목학회, 23 (6-A), pp.1311-1319
  2. 유용민, 임성순, 장석윤(2006) 곡절 길이비에 따른 복합적층 절판 구조물의 거동, 한국전산구조공학회 논문집, 19(3), pp.223-231
  3. 이병채, 이용주, 김동석, 구본용(1992) 삼각형 판 요소의 변위 거동에 대한 비교 연구, 한국전산구조공학회 논문집, 5(2), pp.105-118
  4. 이상열, 유용민, 장석윤(2004) 고차전단변형 판이론을 이용한 채널단면을 갖는 복합적층 절판 구조물의 유한요소 진동해석, 한국전산구조공학회 논문집, 17(1), pp.21-30
  5. Allmen , D. J(1984) A compatible triangular element including vertex rotations for plane elasticity analysis. Computers & Structures. 19(1-2). pp.1-8 https://doi.org/10.1016/0045-7949(84)90197-4
  6. Dhainaut, Marc(1997) A comparison between serendipity and lagrange plate elements in the finite element method. Communications in numerical methods in engineering, 13(5). pp.343-353 https://doi.org/10.1002/(SICI)1099-0887(199705)13:5<343::AID-CNM60>3.0.CO;2-2
  7. Eratli, Nihal, Akoz, A. Yalcin(2002) Mixed finite element formulation for folded plates, Structural Engineering and Mechanics, 13(2). pp.155-170 https://doi.org/10.12989/sem.2002.13.2.155
  8. Goldberg, J. E., Leve, H. L.(1957) Theory of prismatic folded plate structures, Int. Association for Bridge and Structural Engineering J., 17
  9. Ibrahimbegovic, A., Wilson, E. L.(1991) A united formulation for triangular and quadrilateral flat shell elements with six nodal degree of freedom, Communication in Applied Numerical Methods, 7. pp.1-9 https://doi.org/10.1002/cnm.1630070102
  10. Lo, K. H., Christensen, R. M., Wu, E. M.(1977) A higher-order theory of plate deformation. Part 1 : homogeneous plates. Journal of Applied Mechanics, 44. pp.663-668 https://doi.org/10.1115/1.3424154
  11. Lo, K H., Christensen, R. M., Wu, E. M.(1977) A higher-order theory of plate deformation. Part 2:laminated plates. Journal of Applied Mechanics. 44. pp.669-676 https://doi.org/10.1115/1.3424155
  12. Niyogi, A Guha, Laha, M. K., Sinha, P. K.(1999) Finite element vibration analysis of laminated composite folded plate structures. Shock and Vibration, 6(5/6). pp.273-284 https://doi.org/10.1155/1999/354234
  13. Reddy, J. N. (1984) A simple higher-order theory for laminated composite plates. Journal of Applied Mechanics. 51, pp.745-752 https://doi.org/10.1115/1.3167719
  14. Putcha, N. S., Reddy, J. N.(1986) A refined mixed shear flexible finite element for the nonlinear analysis of laminated plates. Computers & Structures. 22(4). pp.529-538 https://doi.org/10.1016/0045-7949(86)90002-7
  15. Sadek, Edward A.(1998) Some serendipity finite elements for the analysis of laminated plates. Computers & Structures, 69(1). pp.37-51 https://doi.org/10.1016/S0045-7949(98)00077-7
  16. Turne, M. J., Clough, R. W., Martin, H. C., Topp, L. J.(1956) Stiffness and deflection analysis of complex structures. Journal of Aero/Space Science. 23. pp.805-823
  17. Bathe, Klaus-Jurgen(1996) Finite element procedures. Prentice Hall
  18. Zienkiewicz, O. C., Taylor, R. C.(1991) The finite element method. 2. 4th edition. McGraw-Hill