A new efficient hybrid/mixed thin~moderately thick plate bending element with 6-node (HM6-14) is formulated based on the Reissner-Mindlin plate bending theory. The convergence of this element is proved by error estimate theories and verified by patch test respectively. Numerical studies on such an element as HM6-14 demonstrate that it has remarkable convergence, invariability to geometric distorted mesh situations, to axial rotations, and to node positions, and no "locking" phenomenon in thin plate limit. The present element is suitable to many kinds of shape and thin~moderately thick plate bending problems. Further, in comparison with original hybrid/mixed plate bending element HP4, the present element yields an improvement of solutions. Therefore, it is an efficient element and suitable for the development of adaptive multi-field finite element method (FEM).
A four-noded plate bending quadrilateral (PBQ4) and an eight-noded plate bending quadrilateral (PBQ8) element based on Mindlin plate theory have been adopted for modeling the thick plates on elastic foundations using Winkler model. Transverse shear deformations have been included, and the stiffness matrices of the plate elements and the Winkler foundation stiffness matrices are developed using Finite Element Method based on thick plate theory. A computer program is coded for this purpose. Various loading and boundary conditions are considered, and examples from the literature are solved for comparison. Shear locking problem in the PBQ4 element is observed for small value of subgrade reaction and plate thickness. It is noted that prevention of shear locking problem in the analysis of the thin plate is generally possible by using element PBQ8. It can be concluded that, the element PBQ8 is more effective and reliable than element PBQ4 for solving problems of thin and thick plates on elastic foundations.
Using the Mindlin-Reissner plate theory, many quadrilateral plate bending elements have been developed so far to analyze thin and moderately thick plate problems via displacement based finite element method. Here new formulation has been made to analyze thin and moderately thick plate problems using force based finite element method called Integrated Force Method (IFM). The IFM is a novel matrix formulation developed in recent years for analyzing civil, mechanical and aerospace engineering structures. In this method all independent/internal forces are treated as unknown variables which are calculated by simultaneously imposing equations of equilibrium and compatibility conditions. In this paper the force based new bilinear quadrilateral plate bending element (MQP4) is proposed to analyze the thin and moderately thick plate bending problems using Integrated Force Method. The Mindlin-Reissner plate theory has been used in the formulation of this element which accounts the effect of shear deformation. Standard plate bending benchmark problems are analyzed using the proposed element MQP4 via Integrated Force Method to study its performance with respect to accuracy and convergence, and results are compared with those of displacement based 4-node quadrilateral plate bending finite elements available in the literature. The results are also compared with the exact solutions. The proposed element MQP4 is free from shear locking and works satisfactorily in both thin and moderately thick plate bending situations.
This paper presents a four-noded quadrilateral $C^0$ strain plate element for the analysis of thick laminated composite plates. The element formulation is based on: 1) the third-order shear deformation theory; 2) assumed strain element formulation; and 3) interrelated edge displacements and rotations along element boundaries. Unlike the existing displacement-type composite plate elements based on the third-order theory, which rely on the $C^1$-continuity formulation, the present plate element is of $C^0$-continuity, and its element stiffness matrix is evaluated explicitly. Because of the third-order expansion of the in-plane displacements through the thickness, the resulting theory and hence elements do not need shear correction factors. The explicit element stiffness matrix makes the present element more computationally efficient than the composite plate elements using numerical integration for the analysis of thick layered composite plates.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.14
no.3
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pp.349-359
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2001
An enhanced four-node plate element, which has been developed for explicit dynamic analysis of plate, is described in this paper. Reissner-Mind1in(RM) assumptions are adopted to consider transverse shear deformation effects in the present plate element. RM plate element produces a shear locking phenomena in thin plate so that the substitute natural strains based on assumed strain method are explicitly derived. The present plate element is applied into the explicit transient algorithm and the mass matrix of plate is formulated by using special lumping method proposed by Hinton et al. The performance of the element is verified with numerical examples.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.33
no.2
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pp.94-103
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1991
This study was carried out to investigate the engineering characteristics of the R.C circular ring sector plate with various boundary conditions and then to propose a rational and paraical method for application of finite element method to R.C structures. The stiffness matrix of the circular ring sector plate was obtained by using the multi-base coordinate system in which the base-coordinate systems were constructed for each nodal point of the quadrilateral element in order to reflect the complicated boundary conditions conveniently and correctly. The R.C element stiffness matrix was constructed by adding the stiffness coefficients of the steel-bar element into the plate bending element stiffness matrix. Herein, the steel-bar element was treated as the common beam element. Using the above method, the effects of steel-bar can be considered without increasing of the numbers of element and nodal points.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1999.04a
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pp.234-241
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1999
In this study, an improved 8-node flat shell element is presented for the analysis of shell structure, by combining 8-node membrane element with drilling degree-of-freedom and 8-node plate bending element based on the recently presented technique. Firstly, 8-node membrane element designated as CLM8 is presented in this paper. The element has drilling degree-of.freedom in addition to transitional degree-of-freedom. Therefore the element possesses 3 degrees-of-freedom per each node which as well as the improvement of the element behavior, permits an easy connection to other element with rotational degree-of -freedom. Secondly. 8-node flat shell element was composed by adding 8-node Mindlin plate bending element to the membrane element. The behavior of the introduced plate bending element is further improved by combined use of nonconforming displacement modes, selectively reduced integration scheme and assumed shear strain fields. The element passes in the patch test, doesn't show spurious mechanism and doesn't produce shear locking phenomena. Finally, Numerical examples are presented to show the performance of flat shell element developed in the present study.
The analysis of interfacial stresses in structural component has been the subject of several investigations but it still requires more effort and studies. In this study a general three-dimensional interface element has been formulated for stress and displacement analyses in the interfacial area between two adjacent plate bending element and brick element. Interface element has 16 nodes with 5 degrees of freedom (DOF) in each node adjacent to plate bending element and 3 DOF in each node adjacent to brick element. The interface element has ability to transfer three translations from each side of interface element and two rotations in the side adjacent to the plate element. Stiffness matrix of this element was formulated and implemented in three-dimensional finite element code. Application of this element to the reinforced concrete (RC) beam strengthened with fiber reinforced polymer (FRP) including variation of deflection, slip between plate and concrete, normal and shear stresses distributions in FRP plates have been verified using experimental and numerical work of strengthened RC beams carried out by some researchers. The results show that this interface element is effective and can be used for structural component with these types of interface elements.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.23
no.12
s.189
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pp.56-63
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2006
This paper describes the development of automatic making system of a frame element for flame prevention. The frame element is made by turning a thin plate and a formed plate on the small pipe. The couple plate(two plates) should be pulled with constant farce to manufacture a good frame element. This is because if the gap between one couple plate and other couple plate is different, it will not prevent flame. In this paper, the automatic making system of a frame element for flame prevention was made, and which could automatically manufacture a frame element. The characteristic test of the made frame element by that system was performed, and its result was very good.
The present work is concerned with the improvement of finite element for the analysis of plate bending structures. The element formulation is based upon Mindlin plate concept. The displacement field of this element is formed by adding nonconforming modes to two rotational displacement components of a 'heterosis plate element. The element has the requisite numbers of zero eigenvalues associated with rigid body modes to avoid the spurious zero energy mode. It is shown that the results obtained by the element converged to the exact solutions very rapidly as the mesh is refined and exhibited reliable solutions through numerical studies for standard benchmark problems. This element is shown to overcome the shear locking problem completely in very thin plate situation even for irregular meshes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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