• Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
• /
• 1994.10a
• /
• pp.295-299
• /
• 1994

두꺼운 원통형 쉘은 공학적인 문제에서 많이 사용된다. 쉘 내부에 임피던스가 큰 유체와 구조물이 있을 때 쉘을 포함한 진동해석은 이론적인 해석이 매우 어렵다. 쉘 내부에 있는 유체의 임피던스가 공기에 비하여 매우 클 경우 쉘과 유체, 내부의 구조물과 유체사이의 구조물-유체 상호작용(structure-fluid interaction)이 고려되어야 한다. 얇은 원통형 쉘에 대해서는 상용 유한요소 코드를 이용하여 구조물-유체 상호작용을 고려한 진동해석이 많이 수행되었으나 축대칭 두꺼운 원통형 쉘에 대해서는 연구가 수행되지 않고 있다. 본 연구에서는 NASTRAN, ANSYS 같은 상용 유한요소 코드에서 지원되지 않는 축대칭 두꺼운 원통형 쉘 내부에 유체와 강체요소가 있을 경우 이에 대한 유한요소 코드를 개발하고, 구조물-유체 상호작용을 고려하여 진동해석을 하였다.

• Computational Structural Engineering
• /
• v.11 no.4
• /
• pp.155-168
• /
• 1998

보강된 판 및 쉘구조의 안정성 및 후좌굴을 포함하는 기하학적 비선형 해석을 수행하기 위하여, total Lagrangian formulation에 근거한 연속체의 증분평형방정식으로부터 변형된 쉘요소인 유한요소이론을 제시하였다. 쉘구조의 곡률이 불연속적으로 변하거나 쉘부재들이 유한한 각도로 만나는 보강된 판 및 쉘구조의 비선형 해석이 가능하도록 주부재와 보강재 간의 연결점에 대한 일반적인 변환관계를 제시하였으며 좌굴해석 및 기하학적 비선형해석의 경우에 해의 정확성 및 수렴성을 개선시키기 위하여 접선강도행렬 산정시 회전각의 2차항을 포함시켰다. 또한, shear locking 현상을 극복하기 위하여 감차적분을 적용하였고 쉘구조의 좌굴해석에서는 power method를 적용하여 해석의 효율을 높였으며, 후좌굴해석에서는 변위 및 하중증분법을 적절히 결합시켜 보강된 쉘구조의 후좌굴 거동추적이 용이하였다. 또한, 입력자료를 손쉽게 준비하고 좌굴모드 및 후좌굴거동을 효율적으로 분석하기 위하여 전, 후 처리 프로그램을 개발하였고 다양한 해석예제를 통하여 다른 문헌의 해석결과를 비교함으로써 본 연구에서 개발된 유한요소 해석프로그램의 타당성 및 정확성을 입증하였다.

• Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
• /
• v.16 no.4
• /
• pp.37-52
• /
• 2012

In this study, a new 4-node general shell element with 6 DOFs per node is presented. Drilling rotational degrees of freedom are introduced by the variational principle with an independent rotation field. In formulation of the element, substitute transverse shear strain fields are used to avoid shear locking, while four nonconforming modes are applied in the in-plane displacement fields as a remedy for membrane locking. In addition, a direct modification method for nonconforming modes is employed in the numerical implementation of nonconforming modes to represent constant strain states. A 9-points integration rule is adopted for volume integration in the computation of the element stiffness matrix. With the combined use of these techniques, the developed shell element has no spurious zero energy modes, and can represent a constant strain state. Several numerical tests are carried out to evaluate the performance of the new element developed. The test results show that the behavior of the elements is satisfactory.

• Computational Structural Engineering
• /
• v.11 no.3
• /
• pp.229-239
• /
• 1998

복합재료는 강도-무게비가 다른 재료들에 비해 훨씬 크기 때문에 부재의 좌굴문제가 대단히 중요하게 취급되며, 본 논문에서는 축방향 압축력을 받는 복합재료로 된 쉘 부재의 좌굴해석이 수행된다. 이 재료는 일반적으로 이방성 재료 특성을 나타내 보이나, 섬유들이 한 방향으로만 배치되어 있는 경우 섬유방향에 연직한 평면에서의 강도나 탄성계수들은 모두 일정한 횡 등방성 재료성질을 가진 것으로 간주할 수 있다. 9 절점 degenerate 쉘 유한요소를 사용한 선형안정해석, LUSAS 범용 프로그램을 이용한 구조해석, 그리고 고전적 쉘 좌굴방정식에 의한 해석들을 수행하였으며, 그 결과들을 서로 비교, 분석하였다. 고려된 등방성 재료나 횡 등방성 재료의 경우 모두, degenerate 유한요소해석으로 계산한 임계하중들은 고전적 이론해에 의한 결과들 보다 낮았으며, LUSAS 결과들과는 거의 같았다. 이는 degenerate 유한요소에 의한 선형안정해석 결과들이 안전측에 듬을 의미하며, 복합재료로 된 쉘 구조물의 좌굴해석에 degenerate 유한요소를 효율적으로 적용할 수 있음을 의미한다.

• Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
• /
• v.14 no.4
• /
• pp.481-494
• /
• 2001

An enhanced degenerated shell finite element (FE), which has been developed for inelastic analysis of reinforced concrete structures is described in this paper. Generally, Reissner-Mindlin (RM) assumptions are adopted to develop the degenerated shell FE so that transverse shear deformation effects is considered. However, it is found that there are serious defects such as locking phenomena in RM degenerated shell FE since the stiffness matrix has been overestimated in some situations. As remedies of locking phenomena, reduced integration, incompatible mode and assumed strain method have been used. Especially, the assumed strain method has been successfully used in many FEs. But contrarily, there is a few investigation on the performance of the assumed strains in the inelastic analysis of concrete structures. Therefore, shell formulation is provided in this paper with emphasis on the terms related to the stiffness matrix based on assumed strain method and microscopic concrete material model. Finally, the performance of the present shell element is tested and demonstrated with several numerical examples. From the numerical tests, the present result shows a good agreement with experimental data or other numerical results.

• Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
• /
• v.13 no.2
• /
• pp.209-220
• /
• 2000

For non-linear analysis of stiffened shell structures, the total Lagrangian formulation is presented based upon the degenerated shell element. Geometrically correct formulation is developed by updating the direction of normal vectors and taking into account second order rotational terms in the incremental displacement field. Assumed strain concept is adopted in order to overcome shear locking phenomena and to eliminate spurious zero energy mode. The post-buckling behaviors of stiffened shell structures are traced by modeling the stiffener as a shell element and considering general transformation between the main structure and the stiffener at the connection node. Numerical examples to demonstrate the accuracy and the effectiveness of the proposed shell element are presented and compared with references' results.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
• /
• v.11 no.3
• /
• pp.1-10
• /
• 1991

The paper is concerned with the analysis of laminated composite shell structures using an improved degenerated shell element. In the formulation of the element stiffness, the combined use of three different techniques was made. They are; 1) an enhanced interpolation of transverse shear strains in the natural coordinate system to overcome the shear locking problem; 2) the reduced integration technique in in-plane strains to avoid the membrane locking behavior; and 3) selective addition of the nonconforming displacement modes to improve the element performances. This element is free of serious shear/membrane locking problems and undesirable compatible/commutable spurious kinematic deformation modes. An incremental total Lagrangian formulation is presented which allows the calculation of arbitrarily large displacements. The resulting non-linear equilibrium equations are solved by the Newton-Raphson method. The versatility and accuracy of this improved degenerated shell element are demonstrated by solving several numerical examples.

• Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
• /
• 2009.04a
• /
• pp.51-54
• /
• 2009

본 논문에서는 MLS기반 유한요소에 대한 개략적인 현재 개발상황과 향후 예상할 수 있는 응용분야에 대한 제안을 하였다. 이동최소제곱근사를 이용하여 형상함수를 생성하는 MLS기반 유한요소는, 요소의 경계에서 기존 유한요소의 성질-크로네커 델타 조건-을 가지면서도 기존 요소가 갖지 못했던 임의의 절점추가가 자유롭다는 장점이 있어 다양한 변절점요소로의 개발이 이루어져왔다. 선형 또는 이차형상함수를 갖는 2차원 변절점요소 뿐 아니라, 균열선단과 균열면을 포함하고 있는 2차원 균열요소와 3차원에서의 제한적인 변절점요소 등이 개발되어 다양한 불연속성 문제에 적용 가능함이 입증되었다. 이러한 MLS기반 유한요소는 향후 2차원 변절점 3각요소, 2차원 삼각균열요소, 변절점 쉘요소, 균열 쉘요소, 마칭큐브알고리즘에 적합한 3차원 변절점요소로의 개발이 가능할 것으로 예상되며, 본 논문에서는 3차원 변절점요소를 이용한 복잡한 요소망 생성에 대한 예제로 대퇴골의 요소망 생성을 보였다.

• Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
• /
• v.12 no.2
• /
• pp.185-199
• /
• 1999

본 연구에서는 새로운 spline 유한대판 요소를 제안하였다. 제안된 정식화는 등매개 개념에 의해 기하학적 형상과 변위장을 가정함에 있어 길이방향은 3차의 B-spline 곡선으로, 횡방향에 대해서는 Lagrange 다항식에 의해 표현된다. 이 논문은 평판과 쉘해석에 있어서의 등매개 spline 유한대판 요소의 개선에 목적을 두고 있다. 이 새로운 요소는 스트립의 내부 절점에서 6개의 자유도를 갖는 합-응력 감절점 쉘 요소로부터 유도하였다. 스트립의 기하학적 형상은 강체 회전에 대한 정의에 위배되지 않고도 두께 방향을 따라 Jacobian이 일정하다는 가정을 따랐으며 고체역학에서 정의되는 면내 회전을 penalty 함수에 의한 구속조건으로 간주하여 면내 회전에 관계된 자유도를 생성하였다. 제안된 요소에 대하여 쉘의 전형적인 문제에 대한 수치예제를 보였으며 이 스트립 요소의 성능을 평가하였다.

• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
• /
• v.33 no.2
• /
• pp.46-53
• /
• 2005

Compare to the large number of curved quadrilateral degenerated-shell elements, there are only a very few curved triangular degenerated-shell elements. Based on the assumed natural strain sampling scheme previously developed for a quadratic degenerated-shell element for linear analysis, this paper devises geometric non-linear six-node degenerated-shell element. The element can be curved and is only equipped with the standard nodal d.o.f.'s. Careful consideration has been exercised to circumvent various locking phenomena that plague degenerated-shell element. Numerical examples are presented to illustrate efficiency.