Search
Search results for: SHELLS
-
Biomimetic torene shells
PublicationThe genome inside the eukaryotic cells is guarded by a unique shell structure, called the nuclear envelope (NE), made of lipid membranes. This structure has an ultra torus topology with thousands of torus-shaped holes that imparts the structure a high flexural stiffness. Inspired from this biological design, here we present a novel ‘‘torene’’ architecture to design lightweight shell structures with ultra-stiffness for engineering...
-
On unique kinematics for the branching shells
PublicationWe construct the unique two-dimensional (2D) kinematics which is work-conjugate to the exact, resultant local equilibrium conditions of the non-linear theory of branching shells. Several types of junctions are described. For each type the explicit form of the principle of virtual work is derived.
-
Geometrically nonlinear analysis of shells
PublicationArtykuł porusza zagadnienia nieliniowej analizy powłok wykonanych z materiałów izotropowych. Obliczenia wykonano przy wykorzystaniu dwóch komercyjnych programów wykorzystujących Metodę Elementów Skończonych (Robot Millennium v. 19.0 i MSC.Marc v.2005r2 ). Główną uwagę skupiono na zjawisku zakleszczenia.
-
On dynamically and kinematically exact theory of shells
PublicationW rozważanej dynamicznie i kinematycznie ścisłej teorii powłok, powłokę reprezentuje materialna powierzchnia podstawowa wyposażona w tzw. tensor struktury. Nieograniczoną deformację włókien materialnych przekroju poprzecznego powłoki opisuje wektor przesunięć powierzchni podstawowej i tensor obrotów, wyrażający energetycznie uśrednioną po grubości rotację przekroju. Dyskutowane są relacje między trójwymiarowymi polami w ciele typu...
-
Imperfection sensitivity of multilayered composite shells
PublicationW pracy analizowana jest stateczność cylindrycznej powłoki warstwowej poddanej osiowemu ściskaniu. Badany jest wpływ początkowych imperfekcji geometrycznych na zachowanie konstrukcji. Obliczenia realizowane są w programie Nastran (ver. 6.0).
-
Singular curves in the resultant thermomechanics of shells
PublicationSome geometric and kinematic relations associated with the curve moving on the shell base surface are discussed. The extended surface transport relation and the extended surface divergence theorems are proposed for the piecewise smooth tensor fields acting on the regular and piecewise regular surfaces. The recently formulated resultant, two-dimensionally exact, thermodynamic shell relations - the balances of mass, linear and angular...
-
Singular Surface Curves in the Resultant Thermodynamics of Shells
PublicationWithin six-parameter shells theory we discuss the governing equations of shells with material or non-material singular curves. By singular curve we mean a surface curve where are discontinuities in some surface fields. As an example we consider shells with junctions and shells undergoing stress-induced phase transitions.
-
Influence of geometrical imperfections on stresses in cylindrical shells
PublicationResults of the numerical analysis of the shells of storage tanks of 50 000 m3 capacity with geometrical imperfections are presented in the paper. Results were verified by tensometric tests performed on the real tank. It was recognized that real geometrical imperfections cause increase of stresses in the tank construction by 30%.
-
On exact two-dimensional kinematics for the branching shells
PublicationWe construct the two-dimensional (2D) kinematics which is work-conjugate to the exact 2D local equilibrium conditions of the non-linear theory of branching shells. It is shown that the compatible shell displacements consist of the translation vector and rotation tensor fields defined on the regular parts of the shell base surface as well as independently on the singular surface curve modelling the shell branching. Several characteristic...
-
Nonlinear resultant theory of shells accounting for thermodiffusion
PublicationThe complete nonlinear resultant 2D model of shell thermodiffusion is developed. All 2D balance laws and the entropy imbalance are formulated by direct through-the-thickness integration of respective 3D laws of continuum thermodiffusion. This leads to a more rich thermodynamic structure of our 2D model with several additional 2D fields not present in the 3D parent model. Constitutive equations of elastic thermodiffusive shells...
-
Exact resultant equilibrium conditions for intersecting shells
PublicationWyprowadzono ścisłe, globalne i lokalne warunki równowagi dla dwóch przecinających się powłok. Wspólna powierzchnia podstawowa powłoki składa się z czterech regularnych powierzchni materialnych, sztywno połączonych wzdłuż powierzchniowej krzywej osobliwej modelującej połączenie. Localne warunki równowagi otrzymano poprzez ścisłe całkowanie po grubości powłoki globalnych warunków równowagi mechaniki ośrodka ciągłego.
-
Identification and simulation of shells geometric initial imperfection
PublicationPrzedstawiono stochastyczną analizę stalowych zbiorników walcowych ze wstępnymi imperfekcjami geometrycznymi. Imperfekcje opisano za pomocą jednorodnych pól losowych.
-
On constitutive relations in the resultatnt non-linear theory of shells
PublicationThe authors summarize their current research in the field of constitutive modelling in the framework of non-linear 6-parameter shell theory. In particular the description of isotropic, multilayered composite and functionally graded shells is presented.
-
Plastic ductile damage evolution and collapse of plates and shells.
PublicationPraca jest poswięcona problemowi numerycznej symulacji zniszczenia w płytach i powłokach z uwzględnieniem efektów nieliniowości geometrycznej i materialowej. Uwzględniono skończone przemieszczenia i obroty; przyjęty model materiałowy obejmuje zachowanie sprężysto-plastyczne, wzmocnienie izotropowe i kinematyczne, oraz zniszczenie ciągliwe. Specjalną uwagę poświecono problemom lokalizacji zniszczenia, rozwoju zniszczenia oraz całkowitej...
-
Laminated shells in nonlinear six-parameter shell theory
PublicationW pracy proponowany jest związek konstytutywny dla powłoki warstwowej w ramach 6-paramatrowej nieliniowej teorii powłok z miarami odkształceń jak w ośrodku Cosseratów. Zaletą podejścia jest bezpośrednie zastosowanie inżynierskich stałych materiałowych.
-
Stability analysis of multilayered composite shells with cut-outs
PublicationW pracy analizowana jest stateczność ściskanej osiowo kompozytowej powłoki warstwowej. Badany jest wpływ usytuowanego centralnie w powłoce kwadratowego otworu na stateczność konstrukcji. Obliczenia wykonano w programie NX-Nastran (wersja 6.0). Poziom obciążeń krytycznych wyznaczony został w rozwiązaniu liniowym (liniowy problem własny) oraz na drodze analizy przyrostowej z uwzględnieniem dużych przemieszczeń (statyka nieliniowa)....
-
On exact dynamic continuity conditions in the theory of branched shells
PublicationSformułowano ścisłe, wypadkowe, dynamiczne warunki ciągłości wzdłuż powierzchniowej krzywej osobliwej modelującej rozwidlenie w konstrukcji powłokowej. Warunki zostały wyprowadzone poprzez ścisłe całkowanie po grubości powłoki globalnych warunków równowagi mechaniki ośrodka ciągłego.
-
On elasto-plastic analysis of thin shells with deformable junctions
PublicationPrzedstawiono nieliniowe warunki równowagi nieregularnej cienkiej powłoki w oparciu o zasadę prac wirtualnych. Wyprowadzono dwu-wymiarowe zależności konstytutywne w zakresie sprężysto-plastycznego zachowania sie powłoki poprzez podzial powłoki na n warstw oraz całkowanie trój-wymiarowych zależności konstytutywnych po wszystkich warstwach. Jako przykład przeanalizowano ciśnieniowe urządzenie pomiarowe z uwzględnieniem odkształcalności...
-
Composite shells in 6-field nonlinear shell theory
PublicationW pracy przedstawiono równanie konstytutywne uwzględniające wielowarstwowość materiału powłoki. Równania wyprowadzono bazując na podejściu Equivalent Single Layer
-
Nonlocal Models of Plates and Shells with Applications in Micro- and Nanomechanics
PublicationNowadays, the use of small-scale structures in micro/nanomachines has become more and more widespread. The most important applications of such small-sized parts are in micro-electro-mechanical systems (MEMS) as well as nano-electro-mechanical systems (NEMS) as actuators, sensors, energy harvesters. For example, nanosensors are nanoscale devices that measure physical quantities and convert these to signals that can be detected and...
-
Stability analysis of cylindrical composite shells in MSC/Nastran
PublicationW pracy badane jest zastosowanie systemu MSC/NASTRAN for Windows do analizy stateczności kompozytowych powłok cylindrycznych. Przeprowadzono obliczenia dla dwóch wybranych przykładów paneli cylindrycznych poddanych równomiernemu ściskaniu w kierunku tworzącej dokonując analizy zarówno w zakresie stateczności początkowej jak i problemu geometrycznie nieliniowego w procesie przyrostowym. Otrzymane wyniki w pełni potwierdziły bogate...
-
Buckling of imperfect silo shells containing bulk solids.
PublicationOmówiono problem wyboczenia stalowych silosów wypełnionych materiałem sypkim. Obliczenia wykonano dla płaskiego stanu odkształcenia i dla osiowo-symetrycznego. Zachowanie materiału sypkiego było modelowane mikropolarnym hypoplastycznym prawem materiałowym, a zachowanie ścian silosu mikropolarnym sprężysto-plastycznym prawe wg von Misesa. W obliczeniach uwzględniono różne imperfekcje na ścianach.
-
Influence of bulk solids on the buckling strength of silo shells.
PublicationW artykule przedstawiono wyniki numerycznej nieliniowej analizy wyboczenia powłok silosowych pustych i wypełnionych materiałem sypkim. Obliczenia wykonano dla różnych imperfekcji w powłoce. Wyniki teoretyczne porównano z wynikami doświadczalnymi wykonanymi w Uniwersytecie Karlsruhe.
-
On refined constitutive equations in the six-field theory of elastic shells
PublicationWithin the resultant six-field shell theory, the second approximation to the complementary energy density of an isotropic elastic shell undergoing small strains is constructed. In this case, the resultant drilling couples are expressed explicitly by the stress resultants and stress couples as well as by amplitudes of the quadratic and cubic distributions of an intrinsic deviation vector. The refined 2D strain-stress and stress-strain...
-
Elastoplastic nonlinear FEM analysis of FGM shells of Cosserat type
PublicationThe paper is a continuation of [1] where the formulation of the elastic constitutive law for functionally graded materials (FGM) on the grounds of nonlinear 6-parameter shell theory with the 6th parameter (the drilling degree of freedom) was presented. Here the formulation is extended to the elasto-plastic range. The material law is based on Cosserat plasticity and employs the well-known Tamura-Tomota-Ozawa (TTO) [2] mixture...
-
Thermo-elastic non-linear analysis of multilayered plates and shells
PublicationGeometrically nonlinear FEM analysis of multilayered composite plates and shells is performed in order to resolve the stability problem of the structures being under the influence of temperature field. The Riks-Wempner-Ramm algorithm with a specially modified multi-choice unloading condition has been implemented in authors’ numerical code. As the representation of multilayered medium the Equivalent Single Layer approach with the...
-
Nonlinear material identification of heterogeneous isogeometric Kirchhoff–Love shells
PublicationThis work presents a Finite Element Model Updating inverse methodology for reconstructing heterogeneous materialdistributions based on an efficient isogeometric shell formulation. It uses nonlinear hyperelastic material models suitable fordescribing incompressible material behavior as well as initially curved shells. The material distribution is discretized by bilinearelements such that the nodal values...
-
On the FEM implementation of the large rotation shell theory for elasticanisotropic shells.
PublicationW pracy przedstawiono problemy implementacji MES teorii powłok o dużych obrotach w statycznej, geometrycznie nieliniowej analizie konstrukcji warstwowych. Zwrócono uwagę na właściwą interpretacje rotacyjnych stopni swobody w algorytmie MES. Omówiono wariant dużych i skończonych obrotów. Przedstawiono wyniki obliczeń dla znanego w literaturze przykładu analizy paneli kompozytowej w zakresie dużych obrotów.
-
On continuity conditions at the phase interface of two-phase elastic shells
PublicationW pracy rozwinięto ogólną nieliniową teorię powłok sprężystych podlegających przejściom fazowym typu martenzytowego. Przedstawione sformułowanie oparte jest na statycznie i kinematycznie ścisłym modelu powłokowym. Uwzględniono gęstośc energii odkształcenia, jak również siły i momenty zadane wzdłuż krzywoliniowego przejścia fazowego. W szczególności otrzymano statyczne warunki ciągłości wzdłuż koherentnego połączenia oraz połączenia...
-
Numerical analysis of laminated shells under in-plane axial compression
PublicationW pracy analizowana jest stateczność powłoki warstwowej poddanej osiowemu ściskaniu. Badany jest wpływ wariantów uwarstwienia oraz warunków podparcia krawędzi obciążonej na zachowanie konstrukcji. Wyniki numeryczne porównano z eksperymentem.
-
On shear correction factors in the non-linear theory of elastic shells
PublicationW pracy wyprowadzono analitycznie wartości korekcyjnych współczynników ścinania dla ścinania poprzecznego oraz dla momentów owinięcia w ramach nieliniowej sześcioparametrowej teorii powłok. Wartości wyprowadzono poprzez odpowiednie sformułowanie komplementarnej energii sprężystej. Na drodze analizy przy pomocy MES, badano wpływ wartości współczynników na położenie punktów bifurkacji, deformacje, całkowitą energię sprężystą układu...
-
On Solvability of Boundary Value Problems for Elastic Micropolar Shells with Rigid Inclusions
PublicationIn the framework of the linear theory of micropolar shells, existence and uniqueness theorems for weak solutions of boundary value problems describing small deformations of elastic micropolar shells connected to a system of absolutely rigid bodies are proved. The definition of a weak solution is based on the principle of virial movements. A feature of this problem is non-standard boundary conditions at the interface between the...
-
Generation of random fields to reflect material and geometric imperfections of plates and shells
PublicationThe paper covers two patterns of random field generation: conditional acceptance – rejection method and Karhunen – Loève expansion. The generation of two-dimensional random fields is essential in plates and shells analysis, allowing for a relevant limit and critical state assessment of geometrically and ma-terially imperfect structures. The features of both generation methods dedicate them to selected problems.
-
Nonlinear FEM analysis of irregular shells composed of fiber metal laminates
PublicationThe paper deals with the analysis of failure initiation in shells made of Fiber Metal Laminates (FML). The elas-tic material law for orthotropic lamina is stated accounting for asymmetric in-plane stress and strain measures. The asymmetry results from the employed general nonlinear 6-field shell theory where the generalized dis-placements involve the translation and the proper rotation field. The novelty of the presented results...
-
In-plane shear nonlinearity in failure behavior of angle-ply laminated shells
PublicationThe paper concerns the progressive failure analysis of laminates with the in-plane shear nonlinearity accounted for.The nonlinear shear response of the layer is described by the constitutive relation treating the stresses as a function of strains. Thus it can be easily incorporated into the displacement-based FEM codes. The brittle failure mechanisms of the fibers and the matrix of the layer are recognized with the use of the Hashin...
-
Arc-length Algorithm Efficiency in the Analysis of Thermally Loaded Multilayered Shells
PublicationThis paper concerns the efficiency study of the arc-length algorithm in the geometrically non-linear analysis of thermally loaded multilayered shells. The thermal loading is considered as the one-way thermo-mechanical coupling effect. Two implementations of the arc-length method are examined: the path-following technique available in NX-Nastran and the RiksWempner-Ramm algorithm adopted in the authors’ computer code SHLTH. It is...
-
On the exact equilibrium conditions of irregular shells reinforced by beams along the junctions
PublicationThe exact, resultant equilibrium conditions for irregular shells reinforced by beams along the junctions are formulated. The equilibrium conditions are derived by performing direct integration of the global equilibrium conditions of continuum mechanics. New, exact resultant static continuity conditions along the singular curve modelling reinforced junction are presented. The results do not depend on shell thickness, internal through-the-thickness...
-
Extended non-linear relations of elastic shells undergoing phase transitions
PublicationThe non-linear theory of elastic shells undergoing phase transitions was proposed by two first authors in J. Elast. 79, 67-86 (2004). In the present paper the theory is extended by taking into account also the elastic strain energy density of the curvilinear phase interface as well as the resultant forces and couples acting along the interface surface curve itself. All shell relations are found from the variational principle of...
-
Analysis of material properties of technical fabric for hanging roofs andpneumatic shells.
PublicationPrzedyskutowano zastosowanie w metodzie elementów skończonych specjalnego modelu elementu do analizy tkanin technicznych. Przedstawiono specjalne postępowanie z typowym elementem w płaskim w stanie naprężenia, tak aby uwzględnić można było zjawiska charakterystyczne dla tkanin technicznych. Zaproponowany model pozwala na zastosowanie niesprężystych związków konstytutywnych a w szczególności związków lepkoplastycznych. Opisano doświadczenia...
-
Critical examination of benchmark problems for large rotation analysis of laminated shells
PublicationW pracy przedstawiono krytyczny przegląd przykładów testowych stosowanych w analizie dużych obrotów powłok warstwowych. Kilka przykładów wyselekcjonowanych z literatury zostało przeanalizowanych przy użyciu własnych programów autora bazujących na różnych poziomach nieliniowości geometrycznej. Wyniki analizy porównawczej pozwoliły na wysunięcie wniosków o przydatności badanych przykładów jako testów sprawdzających w analizie dużych...
-
Modelling and FE-simulation of plastic ductile damage evolution in plates and shells
Publication -
Geometrically nonlinear finite element simulation of smart piezolaminated plates and shells
PublicationW pracy zaproponowano powłokowy element skończony pozwalający na uwzględnienie efektu piezoelektrycznego. Element został wykorzystany w podejściu Lagrange'a, które wymaga starannego dobrania definicji wielkości mechanicznych i elektrycznych. Zależności przemieszczenie-odkształcenie zbudowano na bazie teorii małych odkształceń i umiarkowanych obrotów. Założono liniowy rozkład pól odkształceń i pola elektrycznego po grubości powłoki....
-
Fem analysis of cosserat plates and shells based on some constitutive relations
PublicationPrzeprowadzono studium doboru mikropolarnych współczynników konstytutywnych w pewnym modelu płyty Cosseratów. Wyznaczono ograniczenia na ich wartości i przeprowadzono parametryczną analizę wpływu tych współczynników na geometrycznie nieliniowe deformacje powłok z ortogonalnymi przecięciami płatów.
-
Four-node semi-EAS element in six-field nonlineartheory of shells
PublicationW pracy sformułowano 4-węzłowy powłokowy element skończony dla konstrukcji powłokowych. Element opracowano w ramach nieliniowej 6-parametrowej teorii powłok z niesymetrycznymi miarami odkształceń membranowych. Kinematyka powłoki jest opisana przez dwa pola: translacji i obrotów, przy czym wszystkie trzy parametry obrotu traktowane są jako niezależne. W wyniku tego sformułowany element nadaje się do analizy struktur powłokowych...
-
On FEM analysis of Cosserat-type stiffened shells. Static and stability linear analysis
PublicationThe present research investigates the theory and numerical analysis of shells stiffened with beams in the framework based on the geometrically exact theories of shells and beams. Shell’s and beam’s kinematics are described by the Cosserat surface and the Cosserat rod respectively, which are consistent including deformation and strain measures. A FEM approximation of the virtual work principle leads to the conforming shell and beam...
-
Geometrically nonlinear analysis of shells - Benchmark problems for Autocad Robot Analysis Professional
PublicationThe aim of this work is to verify the suitability of commercial engineering software for geometrically nonlinear analysis of shells. This paper deals with the static, geometrically nonlinear analysis of shells made of an isotropic material. The Finite Element Method (FEM) is chosen to solve the problem. The results of the commercial software Autocad Robot Structural Analysis Professional (ARSAP) are compared with the litera-ture...
-
Modeling of Composite Shells in 6-Parameter Nonlinear Theory with Drilling Degree of Freedom
PublicationWithin the framework of a 6-parameter nonlinear shell theory, with strain measures of Cosserat type, constitutive relations are proposed for thin elastic composite shells. The material law is expressed in terms of five engineering constants of classical anisotropic continuum plus an additional parameter accounting for drilling stiffness. The theory allows for unlimited displacements and rotations. A number of examples are presented...
-
Large thermo-elastic displacement and stability FEM analysis of multilayered plates and shells
PublicationThe paper concerns the load capacity analysis of thermally loaded multilayered plates and shells. The multilayered body is treated as an equivalent single layer whose kinematics is consistent with first order shear deformation theory. The authors focus on the thermo-elastic stability problem of the thin-walled structures. The equilibrium paths are traced with the use of Riks-Wempner-Ramm algorithm. By making use of the Tsai-Wu...
-
The large rotations theory of elasto-viscoplastic shells subjected to thedynamic and thermal loads.
PublicationPrzedstawiono problemy sprężysto- lepkoplastycznej analizy geometrycznie nieliniowych płyt i powłok poddanych obciążeniom dynamicznym w różnych temperaturach. W obliczeniach zastosowano teorię ścinania pierwszego rzędu i konstytutywne prawo Chaboche´a w wariantach z uwzględnieniem wpływu temperatury na stałe materiałowe. Do całkowania równań ruchu użyto metody różnic centralnych, a do całkowania równań konstytutywnych regułę...
-
Dynamics based on six-field theory of shells in the context of energy-conserving scheme
PublicationPraca dotyczy zaproponowanego algorytmu zachowującego energię w całkowaniu równań ruchu powłok sprężystych sformułowanych w ramach teorii sześcioparametrowej. Zawiera podstawowe założenia konieczne do formułowania schematów i podstawowe testy numeryczne. Aproksymacja przestrzenna zagadnienia oparta jest o Metodę Elementów Skończonych zaś aproksymacja w czasie wykorzystuje regułę punktu środkowego. Przykłady analizy dynamicznej...