Skip to main content
Log in

A shear deformation shell theory for finite rotations and its numerical solution with the finite-difference method

  • Contributed Papers
  • Published:
Acta Mechanica Aims and scope Submit manuscript

Summary

For shells undergoing finite deformations (displacements and rotations) a geometrically nonlinear shear-deformation shell theory will be formulated in terms of consistent operators. Starting from the variational principle of Hellinger-Reissner, the characteristic properties of the nonlinear theories will be demonstrated in a very general manner.

The paper continues with the incremental formulation, used for the application of the incrementaliterative numerical techniques. For transforming the system of simultaneous differential equations into algebraic equations, the appropriate two-dimensional Hermitian finite-difference operators are described.

Finally, the reliability of numerical integration procedure is demonstrated by a selected numerical example.

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this article

Price excludes VAT (USA)
Tax calculation will be finalised during checkout.

Instant access to the full article PDF.

Similar content being viewed by others

References

  1. Koiter, W. T.: On the nonlinear theory of thin elastic shells. Proc. Kon. Ned. Ak. Wet., Ser. B69, 1–54 (1966).

    Google Scholar 

  2. Krätzig, W. B.: Thermodynamics of deformation and shell theory. Techn.-wiss. Mittlg. d. Inst. f. KIB Nr. 71-3, Ruhr-Universität Bochum 1977.

  3. Pietraszkiewicz, W.: Introduction to the non-linear theory of shells. Mittlg. aus dem Inst. f. Mech. Nr. 10, Ruhr-Universität Bochum 1977.

  4. Harte, R.: Doppelt gekrümmte finite Dreieckselemente für die lineare und geometrisch nichtlineare Berechnung allgemeiner Flächentragwerke. Techn.-wiss. Mittlg. d. Inst. f. KIB Nr.82-10, Ruhr-Universität Bochum 1982.

  5. Stein, E., Berg, A., Wagner, W.: Different levels at non-linear shell theory in finite element stability analysis. In: Buckling of Shells. Proc. of a State-of-the-Art Colloquium. Berlin-Heidelberg-New York: Springer 1982.

    Google Scholar 

  6. Başar, Y., Krätzig, W. B.: Mechanik der Flächentragwerke. Braunschweig/Wiesbaden: Vieweg 1985.

    Google Scholar 

  7. Başar, Y.: Eine konsistente Theorie für Flächentragwerke endlicher Verformungen und deren Operatordarstellung auf variationstheoretischer Grundlage. ZAMM66, 297–308 (1986).

    Google Scholar 

  8. Başar, Y.: A consistent theory of geometrically non-linear shells with an independent rotation vector. Int. J. Solids Struct.23, 1401–1415 (1987).

    Google Scholar 

  9. Collatz, L.: The numerical treatment of differential equations. Berlin-Heidelberg-New York: Springer 1966.

    Google Scholar 

  10. Başar, Y.: Zur Berechnung von Rotationsschalen mit dem Mehrstellenverfahren. Der Bauingenier50, 41–48 (1975).

    Google Scholar 

  11. Başar, Y.: Die numerische Behandlung der linearen Stabilitätstheorie allgemeiner Rotationsschalen. ZAMM56, 287–298 (1976).

    Google Scholar 

  12. Köpper, H.-D.: Theorie und numerische Lösung des Stabilitätsproblems allgemeiner Rotationsschalen. Techn.-wiss. Mittlg. d. Inst. f. KIB Nr.74-2, Ruhr-Universität Bochum 1974.

  13. Oyenekan, J. L.: Theorie und numerische Behandlung des Schwingungsproblems allgemeiner Rotationsschalen. Techn.-wiss. Mittlg. d. Inst. f. KIB Nr.75-9, Ruhr-Universität Bochum 1975.

  14. Başar, Y.: Die numerische Behandlung der linearen und der nichtlinearen Biegetheorie von Rotationsschalen. Techn.-wiss. Mittlg. d. Inst. f. KIB Nr.74-7, Ruhr-Universität Bochum 1974.

  15. Almannai, A.: Ein zweidimensionales Mehrstellenverfahren zur Lösung der Schalenprobleme und seine Anwendung auf die allgemeinen Schalengleichungen der Biegetheorie. Techn.-wiss. Mittlg. d. Inst. f. KIB Nr.76-5, Ruhr-Universität Bochum 1976.

  16. Almannai, A., Başar, Y.: Ein Lösungsverfahren zur numerischen Behandlung der linearen Probleme von Flächentragwerken. Ing.-Archiv46, 307–321 (1977).

    Google Scholar 

  17. Wimmer, H.: Die numerische Berechnung dünner, elastischer Flächentragwerke nach der linearen Schubdeformationstheorie mittels des zweidimensionalen Mehrstellenverfahrens. Mittlg. d. Inst. f. Festigkeitslehre und Flächentragwerke, Heft4, Innsbruck 1987.

  18. Wimmer, H.: Application of the two-dimensional Hermitian finite-difference method to linear shear deformation theory of plates and arbitrarily curved shells. Acta Mech.73, 163–175 (1988).

    Google Scholar 

  19. Dickel, T.: Eine geometrisch-nichtlineare, schubelastische Flächentragwerkstheorie, ihre inkrementelle Form und numerische Behandlung mit dem Mehrstellenverfahren als Diskretisierungsmethode. Mittlg. aus dem Inst. f. Mechanik Heft 2, Hochschule der Bundeswehr Hamburg 1980.

  20. Morgen, K.: Berechnung orthotroper Rechteckplatten nach der nichtlinearen Elastizitätstheorie für beliebige Randbedingungen. Dissertation, Karlsruhe 1983.

  21. Holzapfel, G. A.: Die Anwendung des Mehrstellenverfahrens auf die Reissner-Mindlin-Theorie dünner Flächentragwerke mit endlichen Rotationen. Mittlg. d. Lehrstuhls f. Festigkeitslehre, Heft1, Graz 1990.

  22. Holzapfel, G. A.: Hermitian-method for the nonlinear analysis of arbitrary thin shell structures. Comp. Mech.8, 279–290 (1991).

    Google Scholar 

Download references

Author information

Authors and Affiliations

Authors

Rights and permissions

Reprints and permissions

About this article

Cite this article

Holzapfel, G.A. A shear deformation shell theory for finite rotations and its numerical solution with the finite-difference method. Acta Mechanica 92, 193–207 (1992). https://doi.org/10.1007/BF01174176

Download citation

  • Received:

  • Issue Date:

  • DOI: https://doi.org/10.1007/BF01174176

Keywords

Navigation