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.
Khayat, Majid;Dehghan, Seyed Mehdi;Najafgholipour, Mohammad Amir;Baghlani, Abdolhossein
Steel and Composite Structures
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제28권6호
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pp.735-748
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2018
In this study, the semi-analytical finite strip method is adopted to examine the free vibration of cylindrical shells made up of functionally graded material. The properties of functionally graded shells are assumed to be temperature-dependent and vary continuously in the thickness direction according to a simple power law distribution in terms of the volume fraction of ceramic and metal. The material properties of the shells and stiffeners are assumed to be continuously graded in the thickness direction. Theoretical formulations based on the smeared stiffeners technique and the classical shell theory with first-order shear deformation theory which accounts for through thickness shear flexibility are employed. The finite strip method is applied to five different shell theories, namely, Donnell, Reissner, Sanders, Novozhilov, and Teng. The approximate procedure is compared favorably with three-dimensional finite elements. Finally, a detailed numerical study is carried out to bring out the effects of power-law index of the functional graded material, stiffeners, and geometry of the shells on the difference between various shell theories. Finally, the importance of choosing the shell theory in simulating the functionally graded cylindrical shells is addressed.
Dynamic analysis of a shear deformable shell is investigated with accounting thickness stretching using Hamilton's principle. Through this method, the total transverse is composed into bending, shearing and stretching portions, in which the third part is responsible for deformation along the transverse direction. After computation of the strain, kinetic and external energies, the governing motion equations are derived using Hamilton's principle. A comparative study is presented before presentation of full numerical results for confirmation of the formulation and methodology. The results are presented with and without thickness stretching to show importance of the proposed theory in comparison with previous theories without thickness stretching.
The wrinkling in the electromagnetic tube compression with a mandrel is remarkably smaller than that of the process without it. To analyze this phenomenon, the critical forming parameters such as the ratio of the clearance to the shell radius, the ratio of the thickness to the shell radius, and the ratio of the applied pressure to the standard pressure are introduced tp consider the effect of the mandrel, in addition to those of the thickness of shell and applied loads. The amplification ratio is also used to observe the magnitude of amplification. The results obtained by 2-D finite element method show that the initial imperfection embedded in the radius of cylindrical shell is the dominant factor to determine the final shape of the tube compression, and that the amplification ratio tends to have smaller values with the smaller clearance ratio and also with the larger thickness and pressure ratios.
In this study, cantilever cylindrical shells with edge-stiffeners are analyzed. A versatile 4-node flat shell element which is useful for the analysis of shell structures is used. An improved flat shell element is established by the combined use of the addition of non-conforming displacement modes and the substitute shear strain fields. Three models by load conditions are considered. Model A, B and C are loaded by point load at the free edge, line load and external pressure respectively. A various parameter examples are presented to obtain proper stiffened length and stiffened thickness of edge-stiffeners. It is shown that the thickness of shell can be reduced more than 50% for Model A, about $20{\sim}30%$ for Model B by appropriate edge-stiffeners.
Geometrically non-linear axisymmetric bending of a shallow spherical shell with a clamped or a simply supported edge under axisymmetric load was investigated numerically. The partial load was introduced by the Heaviside step function, and the solution was obtained by the finite difference and the Newton-Raphson methods. The thickness of the shell was considered to be uniform and the material was assumed to be homogeneous and isotropic. Sensitivity analysis was made for three geometrical parameters. The accuracy of the algorithm was checked by comparing the central deflection, the radial membrane stress at the edge, or the transverse shear force with the solutions of plates and shells in the literature and good agreement was obtained. The main findings of the study can be outlined as follows: (i) If the shell is fully loaded the central deflection of a clamped shell is larger than that of a simply supported shell provided that the shell is not very shallow, (ii) if the shell is partially loaded the central deflection of the shell is sensitive to the parameters of thickness, depth, and partial loading but the influence of the boundary conditions is negligible.
Bifurcation intability modes of axially compressed circular cylindrical shell are investigated in the limit of zero thickness (i.e., h (thickness) ${\rightarrow}$ 0) analytically, adopting the general stability theory developed by Triantafyllidis and Kwon (1987) and Kwon (1992). The primary state of the shell is obtained in a closed form using the asymptotic technique, and then the straight-forward bifurcation analysis is followed according to the general stability theory to obtain the bifurcation modes in the limit of zero thickness in a full analytical manner. Hence, the closed form bifurcation solution is obtained. Finally, the result is compared with the classical one.
For minimizing wall thickness thinning of circular shells, a new stamping technology, the deep draw-ing process combined with ironing is approached and investigated. The design requirements for the deep drawing shells are to keep the optimum wall thickness with max. 10 percent thickness thinning of the initial blank thickness, to make uniform thickness strain distribution for the wall of circular shell and to improve the shape accuracy for the roundness and concentricity. In order to check the validity and effectiveness of proposed work, a sample process design is applied to a circular shell needed for a 4multi-stepped deep drawing. Through experiments, the variations of the thickness strain distribution in each drawing process are observed. Also a series of experiments are performed to investigate optimum process variables such as the geometry of tooling, radius and drawing rate. In particular, the advantage of current approach with ironing is shown in contrast to the conventional deep drawing process. From the results of proposed method, the optimum value of process variables are obtained, which contribute more uniform thickness strain distribution and better quality in the drawn product.
Because ships and offshore structures have very large dimensions and complicated shapes, it is difficult to determine the deformation or internal stress in the structure by simple lab tests. Thus, a rigorous analysis by using the computer simulation technology is essential for obtaining their distortions by considering the entire production process characteristics. The rapid development of computer technology made it possible to analyze the heat transfer phenomena, deformation and phase transformation in the welded joint. For large shell structures, shell elements modeling contributed primarily to this development. But if a welding is done by multi-pass, shell elements whose thickness are unchangeable can hard to describe the local situation. Recently, it was researched how to introduce the imaginary temperature for V grooved multi-layer butt welding in strain-boundary method (a kind of shrinkage methodologies). In the present study, we formulated the imaginary temperature for the double bevel and double V groove by considering the thickness change of each pass through the bead and the thickness directions simultaneously and also demonstrated the feasibility of the formula by applying it to the thermal distortion analysis of the erection process of crane pedestal.
In this study, composite laminate cantilever type cylindrical shells with edge-stiffeners are analyzed. A versatile 4-node flat shell element which is useful for the analysis of shell structures is used. An improved flat shell element is established by the combined use of the addition of non-conforming displacement modes and the substitute shear strain fields. Two models by load conditions are considered. Load type A and B are loaded by point load at the free edge and line load respectively. A various parameter examples are presented to obtain proper stiffened length and stiffened thickness of edge-stiffeners. It is shown that the thickness of shell can be reduced minimum 30% by appropriate edge-stiffeners.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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