This paper deals with nonlinear asymmetric dynamic buckling of clamped laminated angle-ply composite spherical shells under suddenly applied pressure loads. The formulation is based on first-order shear deformation theory and Lagrange's equation of motion. The nonlinearity due to finite deformation of the shell considering von Karman's assumptions is included in the formulation. The buckling loads are obtained through dynamic response history using Newmark's numerical integration scheme coupled with a Newton-Raphson iteration technique. An axisymmetric curved shell element is used to investigate the dynamic characteristics of the spherical caps. The pressure value beyond which the maximum average displacement response shows significant growth rate in the time history of the shell structure is considered as critical dynamic load. Detailed numerical results are presented to highlight the influence of ply-angle, shell geometric parameter and asymmetric mode on the critical load of spherical caps.
This paper deals with the geometric nonlinear bending analysis of laminated composite stiffened plates subjected to uniform transverse loading. The eight-noded degenerated shell element and three-noded degenerated curved beam element with five degrees of freedom per node are adopted in the present analysis to model the plate and stiffeners respectively. The Green-Lagrange strain displacement relationship is adopted and the total Lagrangian approach is taken in the formulation. The convergence study of the present formulation is carried out first and the results are compared with the results published in the literature. The stiffener element is reformulated taking the torsional rigidity in an efficient manner. The effects of lamination angle, depth of stiffener and number of layers, on the bending response of the composite stiffened plates are considered and the results are discussed.
Two methods were developed for analyzing problems with two adjacent sub-domains modeled by different kinds of elements in finite element method. Each sub-domain can be defined independently without the consideration of equivalent division with common nodes used for the interface. These two methods employ an individual interface to accomplish the compatibility. The MLSA method uses the moving least square approximation which is the basic formulation for Element Free Galerkin Method to formulate the interface. The displacement field assumed by this method does not pass through nodes on the common boundary. Therefore, nodes can be chosen freely for this method. The results show that the MLSA method has better approximation than traditional methods.
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.
This paper presents a formulation to include the prestressing effects in available numerical models for the nonlinear material, instantaneous and long-term analysis of prestressed concrete shell structures, based on the displacement formulation of the finite element method. A four-node flat shell element is adopted for nonlinear analysis of prestressed concrete shells. This element was incorporated into an existing general-purpose finite element analysis program. A distinctive characteristic of the element is its capability to simulate the behavior of shells subjected to a variety of types of loading and drilling rotational stiffness. Consequently, the response of prestressed concrete shell structures can be predicted accurately using the proposed nonlinear finite element procedure.
In this study, an alternative solution procedure presented by using variational methods for analysis of shear deformable functionally graded material (FGM) beams with mixed formulation. By using the advantages of $G{\hat{a}}teaux$ differential approaches, a refined complex general functional and boundary conditions which comprises seven independent variables such as displacement, rotation, bending moment and higher-order bending moment, shear force and higher-order shear force, is derived for general thick-thin FGM beams via shear deformation beam theories. The mixed-finite element method (FEM) is employed to obtain a beam element which have a 2-nodes and total fourteen degrees-of-freedoms. A computer program is written to execute the analyses for the present study. The numerical results of analyses obtained for different boundary conditions are presented and compared with results available in the literature.
The main objective of this paper is to develop the finite element study on the nonlinear free vibration of functionally graded nanocomposite spherical shells reinforced with graphene platelets under the first-order shear deformation shell theory and von Kármán nonlinear kinematic relations. The governing equations are presented by introducing the full asymmetric nonlinear strain-displacement relations followed by the constitutive relations and energy functional. The extended Halpin-Tsai model is utilized to specify the overall Young's modulus of the nanocomposite. Then, the finite element formulation is derived and the quadrilateral 8-node shell element is implemented for finite element discretization. The nonlinear sets of dynamic equations are solved by the use of the harmonic balance technique and iterative method to find the nonlinear frequency response. Several numerical examples are represented to highlight the impact of involved factors on the large-amplitude vibration responses of nanocomposite spherical shells. One of the main findings is that for some geometrical and material parameters, the fundamental vibrational mode shape is asymmetric and the axisymmetric formulation cannot be appropriately employed to model the nonlinear dynamic behavior of nanocomposite spherical shells.
This paper addresses an efficient modification method that eliminates the undesirable effects of strains due to various non-conforming modes so that the non-conforming element can pass the patch test unconditionally. The scheme is incorporated in the element formulation to establish new types of non-conforming hexahedral elements designated as NHx and NVHx for the regular element and variable node element, respectively. Non-conforming displacement modes are selectively added to the ordinary (conforming) element displacement assumptions to improve the bending behavior of the distorted solid element. To verify the validation of proposed direct modification method and the improvement of element behavior, several numerical tests are carried out. Test results show that the proposed method is effective and its applications to non-conforming solid elements guarantee for the element to pass the patch test.
The vibration characteristics of post-buckled laminated composite doubly curved shells are investigated. The finite element method is used for the analysis of post-buckling and free vibration of post-buckled laminated shells. The geometric non-linear finite element model includes the general non-linear terms in the strain-displacement relationships. The shell geometry used in the present formulation is derived using an orthogonal curvilinear coordinate system. Based on the principle of virtual work the non-linear finite element equations are derived. Arc-length method is implemented to capture the load-displacement equilibrium curve. The vibration characteristics of post-buckled shell are performed using tangent stiffness obtained from the converged deflection. The code is first validated and then employed to generate numerical results. Parametric studies are performed to analyze the snapping and vibration characteristics. The relationship between loads and fundamental frequencies and between loads and the corresponding displacements are determined for various parameters such as thickness ratio and shallowness.
Weatherstrip seals protect passengers form noise, dust, rain and wind out of the vehicle. The more contact area between a body frame and a weatherstrip, the higher efficiency of sealing. A weatherstrip is a sort of an elastomer. Mechanical properties of the weatherstrip is obtained by uniaxial tension test. In this study, nonlinear finite element(FE) analysis is performed to obtain displacements and contact shapes of the weatherstrip. The FE model is developed by using Ogden-foam formulation. In the results of nonlinear FE analysis, the most valuable deformation of the weatherstrip occurred when displacement control value reaches 7.2mm. Severe deformation is observed as the displacement control value become more increased.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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