Summary
A novel finite element scheme is proposed for the linear elasto-static analysis of free-form thinwalled shells. On the basis of a modified version of the variational theorem due to Hellinger and Reissner, a doubly curved triangular element is developed with six degrees-of-freedom (three translations plus three rotations) per nodal point. For each element, separate trial functions are introduced in order to approximate the displacements and the stress resultants. It is shown that by properly choosing these interpolants, an element is obtained which (i) is capable of exactly representing the rigid body and constant strain modes; (ii) does not possess any spurious kinematic modes; (iii) fulfils C 1 interelement continuity and (iv) satisfies exactly the interior domain static equilibrium conditions. Two representative examples have been solved in order to illustrate the advantages of the proposed scheme over existing ones.
Übersicht
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der numerischen Berechnung des linearen Trag- und Deformationsverhaltens dünnwandiger Schalentragwerke beliebiger Geometrie. Auf der Grundlage eines modifizierten Funktionals vom Typ Hellinger/Reissner wird ein doppeltgekrümmtes Dreieckselement mit insgesamt achtzehn Freiheitsgraden entwickelt. Im Vergleich mit existierenden Elementen zeichnet sich das hier vorgeschlagene dadurch aus, daß es (i) keine fiktiven Kinematikzustände (‘spurious modes’) besitzt; (ii) in der Lage ist, Starrkörperzustände sowie Zustände konstanter Verzerrungen exakt darzustellen; (iii) einen C 1-stetigen Verschiebungsverlauf an den Zwischenelementrändern garantiert, und (iv) die a-priori-Erfüllung der Gleichgewichtsbedingungen im Elementinneren gewährleistet. Eine Vielzahl von ausgesuchten Testbeispielen sind mit Hilfe des hier vorgestellten Elementeverfahrens gerechnet worden, um sein Konvergenzverhalten sowie seine Zuverlässigeit zu überprüfen. Einige charakteristische Resultate werden im Schlußteil der Arbeit präsentiert.
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Karamanlidis, D., Jasti, R. Free-form shell analysis by a mixed-hybrid finite element approach. Ing. arch 57, 459–466 (1987). https://doi.org/10.1007/BF00534547
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DOI: https://doi.org/10.1007/BF00534547