Geometrically Nonlinear Analysis of Higher Order Plate Bending Finite Element

고차 판 유한요소의 기하학적 비선형 해석

A higher order plate bending finite element using cubic in-plane displacement profiles is proposed for geometrically nonlinear analysis of thin and thick plates. The higher order plate bending element has been derived from the three dimensional plate-like continuum by discretization of the equations of motion by Galerkin weighted residual method, together with enforcing higher order plate assumptions. Total Lagrangian formulation has been used for geometrically nonlinear analysis of plates and consistent linearization by Newton-Raphson method has been performed to solve the nonlinear equations. The element characteristics have been computed by, selective reduced integration technique using Gauss quadrature to avoid shear locking phenomenon in case of extremely thin plates. Several numerical examples were solved with FEAP macro program to demonstrate versatility and accuracy of the present higher order plate bending element.

본 연구에서는 고차 판 유한요소의 판의 기하학적 비선형 해석에의 적용성을 고찰한다. 고차판요소는 3 차원 연속체로부터 Total Lagrangian 형태로 나타낸 운동방정식을 이산화하고 고차 판이론을 도입하여 유도한다. 유한변형을 고려한 기하학적 비션형 방정식은 Newton-Raphson반복법으로 내력벡터를 선형화하여 강도매트릭스를 반복계산하여 푼다. 요소매트릭스는 shear locking 현상을 피하기 위하여 Gauss 적분법을 이용한 선택적 감차적분으로 계산한다. 여러가지 예제해석을 통하여 고차 판요소의 효율성과 정확도를 고찰하였다.