P-Version Model Based on Hierarchical Axisymmetric Element

계층적 축대칭요소에 의한 P-version모델

A hierarchical formulation based on p-version of the finite element method for linear elastic axisymmetric stress analysis is presented. This is accomplished by introducing additional nodal variables in the element displacement approximation on the basis of integrals of Legendre polynomials. Since the displacement approximation is hierarchical, the resulting element stiffness matrix and equivalent nodal load vectors are hierarchical also. The merits of the propoosed element are as follow: i) improved conditioning, ii) ease of joining finite elements of different polynomial order, and iii) utilizing previous solutions and computation when attempting a refinement. Numerical examples are presented to demonstrate the accuracy, efficiency, modeling convenience, robustness and overall superiority of the present formulation. The results obtained from the present formulation are also compared with those available in the literature as well as with the analytical solutions.

축대칭(軸對稱) 선형강성(線形彈性) 응력해석을 위해 p-version 유한요소법에 기초한 계층적(階層的) 정식화 과정이 제안되었다. 이 방식은 적분형 르장드르 다항식을 사용하여 절점좌표값을 갖지 않는 절점을 추가하여 형상함수의 조합형태로 변위함수(變位)를 근사시키는 방법이다. 형상함수(形狀函數)가 계층적 성질을 갖기 때문에 강성도(剛性度)행렬과 하중벡터도 계층적이 된다. 본 연구에서 제안된 요소(要所)의 장점(長點)은 다음과 같다. 첫째, 개선된 수치연산의 효율성이며 둘째, 요소간에 서로 다른 차수(次數)의 형상함수를 사용할 수 있고 셋째, p-세분화를 할 때 저차(低次)일 때 계산된 값을 그대로 사용할 수 있다. 수치예제를 통해 제안된 요소의 정확도(正確度), 효율성(效率性), 모델링의 간편성(簡便性), 적용성(適用性) 및 변위와 응력 그리고 에너지 Norm등을 사용하여 그 우월성을 입증하고 있다. 몇 가지 예제의 해석결과는 이미 발표된 논문과 아울러 해석적 방법에 의한 결과와 비교되었다.