Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.28
no.1
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pp.182-188
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1991
The modified arc-length algorithms for the automatic incremental solution of nonlinear finite element equations proposed by Riks are presented, which comprise the cylindrical arc-length method and the normal arc-length method. These methods are developed to trace the nonlinear path of large displacement problems such as a pre and post bucking/collapse response of general structures. These methods are applied to analyse the nonlinear behavior of arch and shell problems in parallel with the standard and modified Newton-Raphson method.
In this study, a usefulness of the iterative solution procedures is reviewed for the elasto-plastic large deflection analysis of imperfect plates by finite element method. Three typical solution techniques such as simple incremental(SI) method, Newton-Raphson(NR) method and modified Newton-Raphson (mNR) method are compared. It is concluded that for thin plates which are given rise to the large deflection, iteration for the convergence of the unbalance force should be performed and in this case mNR method is more useful than NR method since the computing time of the former becomes to be a half of the latter, in which the accuracy of the result remains same. For thick plates or thin plates with large initial deflection, however, the use of SI method is quite better since the unbalance force may be negligible.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.3
no.4
s.10
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pp.85-92
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2003
In this work, a finite element model is presented for geometrically non-linear analysis of shell structures. Finite element by using a three-node flat triangular shell element is formulated. The non-linear incremental equilibrium equations are formulated by using an updated Lagrangian formulation and the solutions are obtained with the incremental/iterative Newton-Raphson method and arc length method. Some of results are presented for shell structures. The obtained results are in good agreement with the results available in existing literature.
A geometrically nonlinear finite element formulation of spatial cable networks is presented using two cable elements. Firstly, derivation procedures of tangent stiffness and mass matrices for the space truss element and the elastic catenary cable element are summarized. The load incremental method based on Newton-Raphson iteration method and the dynamic relaxation method are presented in order to determine the initial static state of cable nets subjected to self-weights and support motions. Furthermore, static non-linear analysis of cable structures under additional live loads are performed based on the initial configuration. Challenging example problems are presented and discussed in order to demonstrate the feasibility of the present finite element method and investigate static nonlinear behaviors of cable nets.
The high precision analysis by the p-version of the finite element method are fairly well established as highly efficient method for linear elastic problems, especially in the presence of stress singularity. It has been noted that the merits of the p-version are accuracy, modeling simplicity, robustness, and savings in user's and CPU time. However, little has been done to exploit their benefits in elasto-plastic analysis. In this paper, the p-version finite element model is proposed for the materially nonlinear analysis that is based on the incremental theory of plasticity using the constitutive equation for work-hardening materials, and the associated flow rule. To obtain the solution of nonlinear equation, the Newton-Raphson method and initial stiffness method, etc are used. Several numerical examples are tested with the help of the square plates with cutout, the thick-walled cylinder under internal pressure, and the circular plate with uniformly distributed load. Those results are compared with the theoretical solutions and the numerical solutions of ADINA
A fixed-point iteration is proposed to integrate the stress and state variables in the incremental analysis of plastic deformation. The Conventional Newton-Raphson method requires a second-order derivative of the yield function to generate a complicated code, and the convergence cannot be guaranteed beforehand. The proposed fixed-point iteration does not require a second-order derivative of the yield function, and convergence is ensured for a given strain increment. The fixed-point iteration is easier to implement, and the computational time is shortened compared with the Newton-Raphson method. The plane-stress condition is considered for the biaxial loading conditions to confirm the convergence of the fixed-point iteration. 3-dimensional tensile specimen is considered to compare the computational times in the ABAQUS/explicit finite element analysis.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.12
no.4
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pp.642-651
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1988
The present paper develops finite element procedures to calculate displacements, strains and stresses in initially stressed elastic solids subjected to static or time-dependent loading conditions. As a point of departure, we employ Hamilton's principle to obtain nonlinear equations of motion characterizing the displacement in a solid. The equations of motion reduce to linear equations of motion if incremental stresses are assumed to be infinitesimal. In the case of linear problem, finite element solutions are obtained by Newmark's direct integration method and by modal analysis. An analytic solution is referred to compare with the linear finite element solution. In the case of nonlinear problem, finite element solutions are obtained by Newton-Raphson iteration method and compared with the linear solution. Finally, the effect of the order of Gauss-Legendre numerical integration on the nonlinear finite element solution, has been investigated.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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1997.10a
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pp.28-31
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1997
Buckling analysis of thin compressed beam has been carried out. Pre-buckling and post-buckling are simulated by finite element method incorporating with the incremental nonlinear theory and the Newton-Raphson solution technique. In order to find the bifurcation point, the determinent of the stiffness matrix is calculated at every iteration procedure. For post-buckling analysis, a small perturbed initial guess is given along the eigenvector direction at the bifurcation point. Nonlinear elastic buckling and elastic-plastic buckling of cantilever beam are analyzed. The buckling load and buckled shape of the two models are compared.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.11
no.3
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pp.1-10
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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.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.7
no.2
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pp.21-28
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1987
The paper describes the analysis of large displacement problems including instability phenomena. The element used in this is a degenerated isoparametric shell element with eight nodes. Total Lagrangian formulation has been adopted in this study using Newton-Raphson iteration method with incremental load. The linear stability analyses performed usually for the initial position can be repeated at several advanced fundamental states on the non-linear buckling path. Thus a current estimate of the failure load is given. The numerical examples of a cylindrical panel under uniform load, simply supported plate under axial load, and clamped plate under uniform load are carried out. The examples applying degenerated isoparametric elements to bifurcation buckling and nonlinear collapse problems are also performed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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