The effects of moisture and temperature on buckling of laminated composite cylindrical shell panels are investigated both numerically and experimentally. A quadratic isoparametric eight-noded shell element is used in the present analysis. First order shear deformation theory is used in the present finite element formulation for buckling analysis of shell panels subjected to hygrothermal loading. A program is developed using MATLAB for parametric study on the buckling of shell panels under hygrothermal field. Benchmark results on the critical loads of hygrothermally treated woven fiber glass/epoxy laminated composite cylindrical shell panels are obtained experimentally by using universal testing machine INSTRON 8862. The effects of curvature, lamination sequences, number of layers and aspect ratios on buckling of laminated composite cylindrical curved panels subjected to hygrothermal loading are considered. The results are presented showing the reduction in buckling load of laminated composite shells with the increase in temperature and moisture concentrations.
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.
The development of an improved degenerated shell element is presented in this paper. In the formulation of this element, an enhanced interpolation of transverse shear strains in the natural coordinate system is used to overcome the shear locking problem ; the reduced integration technique in in-plane strains is applied to avoid the membrane locking behavior ; and selective addition of 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. To illustrate the performance of this improved degenerated shell element, some benchmark problems are presented. Numerical results indicate that the new element shows fast convergence and reliable solutions.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.1
no.2
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pp.42-48
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1993
In this paper, dynamic collapse behavior of the rectangular tube under impact loading is anlayzed using nonlinear finite element method of shell element. In case of shell element formulation using corotational element coordinates system, dynamic collapse behavior is analyzed without initial imperfection, and with initial imperfection. This paper reveals that the collapse of a rectangular tue without initial imperfection is caused by an error of transformation of the corotational coordinates system.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.19
no.2
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pp.47-54
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2020
Themo-mechanical analysis was carried out using the finite element method for the steel shell of a cupola furnace. When the outer surface of the shell was cooled with water to within the temperature range of 35-80 ℃ during operation of the cupola, the inner surface of the shell was expected to exhibit a temperature of 65-248 ℃ based on heat transfer analysis. The shell was also expected to have an equivalent stress range of 100-280 MPa in the outer surface over the temperature range examined. Upon cooling the shell to obtain an outer surface temperature <80 ℃, the maximum equivalent stress of the shell did not exceed the yield strength. Although the temperature of the outer surface varied between 35 and 80 ℃ periodically due to the cooling control problem, the fatigue stress at the outer surface of the shell was calculated to be within the fatigue strength. During a non-operational period to examine the system between furnace operations, the thermal stress presented in the shell was sufficiently low to reach the desired yield strength and fatigue limit.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.6
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pp.1439-1450
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1995
Bellows is a familiar component in piping systems as it provides a relatively simple means of absorbing thermal expansion and providing system flexibility. In routine piping flexibility analysis by finite element methods, bellows is usually considered to be straight pipe runs modified by an appropriate flexibility factor; maximum stresses are evaluated using a corresponding stress concentration factor. The aim of this study is to develop a bellows finite element, which similarly includes more complex shell type deformation patterns. This element also does not require flexibility or stress factors, but evaluates more detailed deformation and stress patterns. The proposed bellows element is a 3-D, 2-noded line element, with three degrees of freedom per node and no bending. It is formulated by including additional 'internal' degrees of freedom to account for the deformation of the bellows corrugation; specifically a quarter toroidal section of the bellows, loaded by axial force, is considered and the shell type deformation of this is include by way of an approximating trigonometric series. The stiffness of each half bellows section may be found by minimising the potential energy of the section for a chosen deformation shape function. An experiment on the flexibility is performed to verify the reliability for bellows finite element.
In this study, a new harmonic axisymmetric thick shell element for static and dynamic analyses is proposed. The newly proposed element considering shear strain is based on a modified Hellinger-Reissner variational principle, and introduces additional nodeless degrees for displacement field interpolation in order to enhance numerical performance. The stress parameters selected via the field-consistency concept. are very important in formulating a trouble-free hybrid-mixed elements. For computational efficiency, the stress parameters are eliminated by the stationary condition and then the nodeless degrees are condensed out by the dynamic reduction. Several numerical examples confirm that the present element shows improved efficiency and yields very accurate results for static and vibration analyses.
A Comparative study on deep drawing of clad sheet is carried out to investigate the forming characteristics and the effectiveness of modified finite element analysis. An elasto-plastic finite element analysis Is developed to analyze the forming of clad sheet using explicit scheme and layered shell. Axisymmetric deep drawing of stainless clad metal sheet is performed and thickness distribution is obtained. The corresponding finite element analysis shows good agreement with the results. Some disagreement can be explained by the assumption of shell element and the complexity of deformation of clad sheet.
Finite element analysis and experiment are performed to investigate residual deformation induced by the repair of composite shell structures using a prepreg patch method. The finite element program is developed on the basis of a three-dimensional degenerated shell element and the first order shear deformation theory. The results analyzed for the laminated shell with free boundary conditions are compared with strains measured during the prepreg patch repair. Final residual stresses occur greatly near the patch when the laminated shell with all edges clamped is repaired using the prepreg patch. Stacking sequences of the laminated shell and patch affect significantly the residual stresses which occur even if they are the same.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.5
s.176
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pp.1103-1114
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2000
Recent attempt to enhance the safety against collision reshaped the simple shell structures into the integrated complex shell structures. Moreover, due to various regulations continuously tightened for environment protection, weight reduction of automobiles becomes an increasingly important issue. Auto parts lightening is mainly accomplished by more reasonable design, adoption of lighter materials and miniaturization of the auto bodies. Focusing on the locally enhanced design approach among the above three ways, we here attempt to develop a patching optimization method, and also to determine the thicknesses of an integrated shell structure, both bringing a specified amount of stress relaxation. We first select a cross member as a patching optimization model. Based on the finite element stress calculations, we relieve the stress of cross member by patching in two ways-nonuniform thickness patching and optimized uniform thickness patching, the latter of which is more effective in a practical point of view for the preset amount of stress relaxation. Selecting a box type subframe as another finite element analysis model, we then determine the thickness of each part by axiomatic design approach for a preset amount of stress relaxation. The patching methodology and the axiomatic approach adopted in this work can be applied to the other complex shell structures such as center member and lower control arm.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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