쉘구조 해석을 위한 개선된 Degenerated 쉘유한요소

Improved Degenerated Shell Finite Elements for Analysis of Shell Structures

본 연구에서는 쉘구조물의 해석을 위한 개선된 degenerated 쉘유한요소를 제시하였다. 본 연구의 개선된 degenerated 쉘요소는 shear locking 해결에 우수한 결과를 보인 가정된 전단변형도를 사용하고, membrane locking 현상을 제거하기 위해 평면내 변형도의 구성시 감차적분을 행하며, 쉘요소자체의 거동을 보완하기위해 비적합 변위형을 선택적으로 추가하였다. 본 요소는 기존 degenerated 요소계열에서 가장 큰 문제점중의 하나인 locking 현상과 전달가능한 거짓영에너지모드가 발생하지 않으며, 조각시험도 통과한다. 본 개선된 쉘요소의 거동을 알아보기위해 다수의 예제시험을 행하였다. 수치시험결과 본 요소는 빠른 수렴성과 안정성을 보여준다.

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.