In this paper, the classical Irons' patch tests which have been generally accepted for the convergence proof of a finite element are performed for Mindlin plate bending elements with a special emphasis on the nonconforming elements. The elements considered are 4-node and 8-node quadrilateral isoparametric elements which have been dominantly used for the analyses of plate bending problems. It was recognized from the patch tests that some nonconforming Mindlin plate elements pass all the cases of patch tests even though nonconforming elements do not preserve conformity. Then, the clues for the Mindlin plate element to pass the Irons' patch tests are investigated. Also, the convergent characteristics of some nonconforming Mindlin plate elements that do not pass the Irons' patch tests are examined by weak patch tests. The convergence tests are performed on the benchmark numerical problems for both nonconforming elements which pass the patch tests and which do not. Some conclusions on the relationship between the patch test and convergence of nonconforming Mindlin plate elements are drawn.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.53
no.4
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pp.307-314
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2016
Energy flow analysis(EFA) is a representative method that can predict the statistical energetics of structures at high frequencies. Generally, as the frequency increases, the shear distortion and rotatory inertia effects in the out-of-plane motion of beams or plates become important. Therefore, to predict the out-of-plane energetics of coupled structures in the high frequency range, the energy flow analyses of Timoshenko beam and Mindlin plate are required. Unlike the energy flow model of Kirchhoff plate, the energy flow model of Mindlin plate is composed of three kinds of energy governing equations(out-of-plane shear wave, bending dominant flexural wave, and shear dominant flexural wave). This paper performed the energy flow finite element analysis(EFFEA) of coplanar coupled Mindlin plates. For EFFEA of coplanar coupled Mindlin plates, the energy flow finite element formulation of out-of-plane energetics in the Mindlin plate was performed. The general EFFEA program was implemented by MATLAB® language. For the verification of EFFEA of Mindlin plate, the various numerical applications were done successfully.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.11
no.1
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pp.435-447
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2019
Energy Flow Finite Element Analysis (EFFEA) is a promising tool for predicting dynamic energetics of complicated structures at high frequencies. In this paper, the Energy Flow Finite Element (EFFE) formulation of complicated Mindlin plates was newly developed to improve the accuracy of prediction of the dynamic characteristics in the high frequency. Wave transmission analysis was performed for all waves in complicated Mindlin plates. Advanced Energy Flow Analysis System (AEFAS), an exclusive EFFEA software, was implemented using $MATLAB^{(R)}$. To verify the general power transfer relationship derived, wave transmission analysis of coupled semi-infinite Mindlin plates was performed. For numerical verification of EFFE formulation derived and EFFEA software developed, numerical analyses were performed for various cases where coupled Mindlin plates were excited by a harmonic point force. Energy flow finite element solutions for coupled Mindlin plates were compared with the energy flow solutions in the various conditions.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.55
no.4
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pp.281-288
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2018
Acoustic radiation efficiency is a crucial factor to estimate Underwater Radiated Noise (URN) of ships accurately. This paper describes a numerical method to analyse acoustic radiation efficiency of one side-wetted rectangular Mindlin plate with simply supported boundaries excited by a harmonic point force. Transverse displacements of plate and acoustic radiation pressures are evaluated by the mode superposition method. The acoustic radiation efficiencies analyzed by both Mindlin and thin plate theories show little differences at monopole and corner modes of low frequency regions but relatively large differences at edge and critical modes of high frequency regions. Especially, the critical frequency with the highest acoustic radiation efficiency evaluated by the Mindlin plate theory is higher than that of thin plate theory. In addition, the acoustic loading effect of fluid also increases bending wave-number of plate and its critical frequency. Finally, the acoustic radiation characteristics of plates with different aspect ratios and thicknesses through numerical analyses are investigated and discussed.
In the present study, a new kind of multivariable Reissner-Mindlin plate elements with two kinds of variables based on B-spline wavelet on the interval (BSWI) is constructed to solve the static and vibration problems of a square Reissner-Mindlin plate, a skew Reissner-Mindlin plate, and a Reissner-Mindlin plate on an elastic foundation. Based on generalized variational principle, finite element formulations are derived from generalized potential energy functional. The two-dimensional tensor product BSWI is employed to form the shape functions and construct multivariable BSWI elements. The multivariable wavelet finite element method proposed here can improve the solving accuracy apparently because generalized stress and strain are interpolated separately. In addition, compared with commonly used Daubechies wavelet finite element method, BSWI has explicit expression and a very good approximation property which guarantee the satisfying results. The efficiency of the proposed multivariable Reissner-Mindlin plate elements are verified through some numerical examples in the end.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.6
s.177
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pp.1419-1426
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2000
A dynamic analysis of rectangular Reissner-Mindlin plate was carried out using pseudospectral method. The pseudospectral method is superior to the finite element method because of more rapid conver gence speed of approximate solutions. Especially, the improvement in accuracy of the pseudospectral method is remarkable. Numerical examples demonstrate the excellent performance and robustness of the pseudospectral method with respect to thickness ratio of rectangular Reissner-Mindlin plate. The natural frequencies of rectangular Reissner-Mindlin plate calculated with the pseudospectral method are more reliable than those calculated with other numerical methods.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.7
no.1
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pp.174-194
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2015
In this paper, an Energy Flow Analysis (EFA) for coplanar coupled Mindlin plates was performed to estimate their dynamic responses at high frequencies. Mindlin plate theory can consider the effects of shear distortion and rotatory inertia, which are very important at high frequencies. For EFA for coplanar coupled Mindlin plates, the wave transmission and reflection relationship for progressing out-of-plane waves (out-of-plane shear wave, bending dominant flexural wave, and shear dominant flexural wave) in coplanar coupled Mindlin plates was newly derived. To verify the validity of the EFA results, numerical analyses were performed for various cases where coplanar coupled Mindlin plates are excited by a harmonic point force, and the energy flow solutions for coplanar coupled Mindlin plates were compared with the classical solutions in the various conditions.
This paper reviews the author's work on the development of relationships between solutions of the Kirchhoff (classical thin) plate theory and the Mindlin (first order shear deformation) thick plate theory. The relationships for deflections, stress-resultants, buckling loads and natural frequencies enable one to obtain the Mindlin plate solutions from the well-known Kirchhoff plate solutions for the same problem without much tedious mathematics. Sample thick plate solutions, deduced from the relationships, are presented as benchmark solutions for researchers to use in checking their numerical thick plate solutions.
The large deflection theory of the Mindlin plate and Galerkin's method are employed to examine the static responses of a plate produced by the weight of the plate, and the dynamic responses of the plate caused by the coupling effect of these static responses with a set of moving forces. Results obtained by the large deflection theory are compared with those by the small deflection theory. The results indicate that the effect of weight of the plate increases the modal frequencies of the structure. The deviations of dynamic transverse deflection and of dynamic bending moment produced by a moving concentrated force between the two theories are significant for a thin plate with a large area. Both dynamic transverse deflection and dynamic bending moment obtained by the Mindlin plate theory are greater than those by the classical plate.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.23
no.6
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pp.574-580
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2013
At high frequencies, the statistical approach such as statistical energy analysis(SEA) and energy flow analysis(EFA) has been applied for estimation of vibroacoustic responses of various built-up structures. The energy coupling relationship between finite coupled structures is required to estimate vibrational energetics of built-up structures. Mindlin plate theory includes the rotatory inertia and shear deformation effects which are dominant as frequency increases. In this paper, the wave transmission analysis is successfully performed for EFA of co-planar coupled Mindlin plates.
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