Composite Finite Element Analysis of Axisymmetric Layered Systems

축대칭 층구조체의 복합이론 및 유한요소해석프로그램의 개발

Linear composite theory as well as a finite element program is developed for axisymmetric elastomeric bearings. This study is limited to axisymmetrically loaded horizontal layered systems with linear, elastic, small' deformation conditions. A multiscale method is used in the development of the composite theory which enables us to model inhomogeneous layered composites as equivalent homogeneous, orthotropic material. Only continuity of the prime variables is required for the finite element analysis, allowing the use of simple $C_o$ elements whereas rather complicated theories presented in the past need more requirements. Four node isoparametric elements are used in the study. The developed theory of this paper is limited to linear conditions, however, the analysis can be extended to nonlinear behavior of flexible material in elastomeric bearing by using multiscale method presented here. Two numerical examples are examined and compared to the results of discrete and previously obtained composite analysis to verify the theory.

본 연구는 축대칭 충구조체의 복합이론 및 유한요소해석 프로그램의 개발에 목적이었다. 연구대상인 축대칭 층구조체는 회전축에 수직으로 층을 이루고 있으며 선형, 탄성, 작은변형 및 축대칭 하중조건의 제한을 두었다. 개발된 복합이론은 multiscale의 방식을 사용하여 비균등질 층구조체를 등가 균등질로 취급할 수 있도록 하였으며 이 과정에서 주 변수들의 연속성만을 필요로 하였다. 그결과 종전에 시용되어온 비교적 복잡한 이론들과는 달리 $C_o$ 연속의 유한요소 프로그램의 개발이 가능하였으며 4 node isoparametric 요소를 사용하였다. 본 연구의 복합이론은 선형조건에 제한하였으나, 본 연구에서 제안한 multiscale 해석법을 이용하면 교량용 받침에 대한 연성재료의 비선형거동의 해석도 가능하게된다. 본 연구에서의 복합이론 및 유한요소해석의 타당함을 보이기위하여 두가지 하중조건 하에서 축대칭 층구조체를 해석하여 기존의 복합이론 및 이산화해석의 결과치와 비교하였다.