• 한국항공우주학회지
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• 제33권2호
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• pp.46-53
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• 2005

곡면 사각형 쉘 요소들이 다수인 것에 비해, 곡면 삼각형 요소들은 아주 소수이다. 이미 발표된, 선형 해석을 위한 6절점 2차 쉘 요소의 가정 자연 변형도 이론에 기초해, 본 연구에서는 6절점 쉘 요소의 기하학적 비선형 해석을 수행하였다. 쉘 요소는 표준 절점 자유도만으로 곡면 모델링이 가능하고, 수치해석 결과가 보여주는 바와 같이 다양한 잠김 현상들을 제거하는데 효율적인 요소임을 확인하였다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 1990년도 봄 학술발표회 논문집
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• pp.18-23
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• 1990

The paper is concerned with the elasto-plastic and geometrically nonlinear analysis of shell structures using an improved degenerated shell element. In the formulation of the improved degenerated shell element, an enhanced interpolation of transverse shear strains in the natural coordinate system is used to overcome the shear locking problems; the reduced integration technique in in-plane strains is applied to avoid membrane locking behavior; selective addition the nonconforming displacement modes improve the element performances. This element is free of serious locking problems and undesirable compatible or commutable spurious kinematic deformation modes and passes the patch tests. An incremental total Lagrangian formulation is presented which allows the calculation of arbitrarily large displacements and rotations. The resulting nonlinear equations are solved by the Newton-Raphson solution scheme. The versatility and accuracy of this improved degenerated shell element are demonstrated by solving several numerical examples.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제6권8호
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• pp.921-937
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• 1998

A new four-node degenerated shell element with drilling degrees of freedom (DOF) is proposed. Allman-type displacement approximation is incorporated into the formulation of degenerated shell elements. The approximation improves in-plane performance and eliminates singularities of system matrices resulted from DOF deficiency. Transverse shear locking is circumvented by introducing assumed covariant shear strains. Two kinds of penalty energy are considered in the formulation for the purpose of suppressing spurious modes and representing true drilling rotations. The proposed element can be applied to almost all kinds of shell problems including composite laminated shell structures and folded shell structures. Numerical examples show that the element is of good accuracy and of reasonably fast convergence rate.

• 전산구조공학
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• 제3권1호
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• pp.97-107
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• 1990

본 연구에서는 쉘구조물의 해석을 위한 개선된 degenerated 쉘유한요소를 제시하였다. 본 연구의 개선된 degenerated 쉘요소는 shear locking 해결에 우수한 결과를 보인 가정된 전단변형도를 사용하고, membrane locking 현상을 제거하기 위해 평면내 변형도의 구성시 감차적분을 행하며, 쉘요소자체의 거동을 보완하기위해 비적합 변위형을 선택적으로 추가하였다. 본 요소는 기존 degenerated 요소계열에서 가장 큰 문제점중의 하나인 locking 현상과 전달가능한 거짓영에너지모드가 발생하지 않으며, 조각시험도 통과한다. 본 개선된 쉘요소의 거동을 알아보기위해 다수의 예제시험을 행하였다. 수치시험결과 본 요소는 빠른 수렴성과 안정성을 보여준다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제24권9호
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• pp.2292-2301
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• 2000

We propose an accurate and efficient estimation method of transverse shear stresses for analysis and design of laminated composite structures by 4-node quadrilateral degenerated shell elements. To get proper distributions of transverse shear stresses in each layer, we use 3-dimensional equilibrium equations instead of constitutive equations with shear correction factors which vary diversely according to the shapes of shell sections. Three dimensional equilibrium equations are integrated through the thickness direction with complete polynomial membrane stress fields, which are recovered by REP (Recovery by Equilibrium in Patches) recovery method. The 4-node quadrilateral degenerated shell element used in this paper has drilling degrees of freedom and shear stresses derived from assumed strain fields that are set up at natural coordinate systems. The numerical results demonstrate that the proposed estimation method attains reasonable accuracy and efficiency compared with other methods and FE analysis using 4-node degenerated shell elements.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제22권4호
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• pp.483-510
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• 2006

The dynamic instability characteristics of laminated composite stiffened shell panels subjected to in-plane harmonic edge loading are investigated in this paper. The eight-noded isoparametric degenerated shell element and a compatible three-noded curved beam element are used to model the shell panels and the stiffeners respectively. As the usual formulation of degenerated beam element is found to overestimate the torsional rigidity, an attempt has been made to reformulate it in an efficient manner. Moreover the new formulation for the beam element requires five degrees of freedom per node as that of shell element. The method of Hill's infinite determinant is applied to analyze the dynamic instability regions. Numerical results are presented to demonstrate the effects of various parameters like shell geometry, lamination scheme, stiffening scheme, static and dynamic load factors and boundary conditions, on the dynamic instability behaviour of laminated composite stiffened panels subjected to in-plane harmonic loads along the boundaries. The results of free vibration and buckling of the laminated composite stiffened curved panels are also presented.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제14권4호
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• pp.481-494
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• 2001

본 논문은 철근 콘크리트 구조물의 비탄성 해석을 수행하기 위하여 개발된 9절점 퇴화 쉘 요소에 대하여 기술하였다. 개발된 쉘 유한요소는 퇴화고체기법과 함께 구조물에서 발생하는 횡 전단 변형효과를 고려하기 위하여 Reissner-Mindlin (RM)가정을 도입하였다. RM가정을 바탕으로 한 퇴화 쉘 요소는 쉘의 두께가 얇거나, 즉 종횡비가 작거나, 균일하지 않은 유한요소망을 사용할 경우 구조물의 강성이 과대하게 계산되는 강성과대현상(Locking phenomenon)이 나타나게 된다. 강성과대현상은 선택적 감차 적분, 비 적합 모드, 가변형도 등을 사용하여 개선하는데 특히 가변형도법에 바탕을 둔 대체변형도는 많은 유한요소에 성공적으로 적용되어 왔다. 그러나 이와는 대조적으로 콘크리트의 비탄성 해석에 가변형도법을 도입하고 그 성능을 조사한 사례는 매우 적다. 따라서 본 연구에서는 가변형도법과 미시적 재료모델을 바탕으로 RM 쉘 요소를 정식화하고 미를 유한요소프로그램으로 개발하였다. 개발된 철근 콘크리트 쉘 요소의 성능은 수치예제를 통하여 검증하였다. 수치예제로부터 개발된 쉘요소를 이용하여 구해진 해석결과가 실험결과 또는 다른 해석결과에 근접함을 알 수 있다.

• Selected Papers of The Society of Naval Architects of Korea
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• 제1권1호
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• pp.91-100
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• 1993

A displacement-based finite element method Is presented for the geometrically nonlinear analysis of eccentrically stiffened plates. A nonlinear degenerated shell element and a nonlinear degenerated eccentric isoparametric beam (isobeam) element are formulated on the basis of Total Agrangian and Updated Lagrangian descriptions. In the formulation of the isobeam element, some additional local decrees of freedom are implementd to describe the stiffener's local plate buckling modes. Therefore this element can be effectively employed to model the eccentric stiffener with fewer D.O.F's than the case of a degenerated shell element. Some detailed buckling and nonlinear analyses of an eccentrically stiffened plate are performed to estimate the critical buckling loads and the post buckling behaviors including the local plate buckling of the stiffeners discretized with the degenerated shell elements and the isobeam elements. The critical buckling loads are found to be higher than the analytical plate buckling load but lower than Euler buckling load of the corresponding column, i.e, buckling strength requirements of the Classification Societies for the stiffened plates.

• 전산구조공학
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• 제3권3호
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• pp.113-123
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• 1990

본 연구에서는 개선된 degenerated 쉘 유한요소의 탄소성 및 기하학적 비선형 해석에의 적용성을 고찰하였다. 본 연구의 개선된 degenerated 쉘요소는 shear locking 해결에 우수한 결과를 보인 가정된 전단변형도를 대치사용하고, membrance locking 현상을 제거하기위해 평면내 변형도의 구성시 감차적분을 행하며, 쉘요소 자체의 거동을 보완하기위해 비적합변위형을 선택적으로 추가하였다. 본 요소는 shear/membrance locking이 발생하지 않으며, 전달가능한 거짓 영에너지모드도 나타나지않는다. 소성변형 정형화에서는 적층모델을 사용하며, 재료는 von Mises항복조건을 따른다고 가정한다. 유한변형을 고려한 기하학적 비선형 방정식을 total lagrangian수식화를 사용하여 정형화 하였고, 비선형 방정식은 하중제어 및 변위제어법을 사용한 Newton-Raphson 반복법으로 반복 계산한다. 여러 예제해석을 통하여 본 개선된 degenerated 쉘 유한요소의 정확도를 고찰하였다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제2권1호
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• pp.17-34
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• 1994

This paper proposes a new four node degenerated shell element. In the formulation of the new element, the assumed covariant shear strains are used to avoid the shear locking problem, and the assumed covariant membrane strains are applied to alleviate the membrane locking problem and also to improve the membrane bending performance. The assumed covariant strains are obtained from the covariant strain field defined with respect to the element natural coordinate system. This formulation enables us to obtain a shell element, which does not produce spurious singular modes, avoids locking phenomena, and excels in calculation efficiency. Several examples in this paper indicate that, despite its simplicity, the achieved accuracy and convergence are satisfactory.