2-D constitutive equations for orthotropic Cosserat type laminated shells in finite element analysis - Publikacja - MOST Wiedzy

Wyszukiwarka

2-D constitutive equations for orthotropic Cosserat type laminated shells in finite element analysis

Abstrakt

We propose 2-D Cosserat type orthotropic constitutive equations for laminated shells for the purpose of initial failure estimation in a laminate layer. We use nonlinear 6-parameter shell theory with asymmetric membrane strain measures and Cosserat kinematics as the framework. This theory is specially dedicated to the analysis of irregular shells, inter alia, with orthogonal intersections, since it takes into account the drilling rotation degree of freedom. Therefore, the shell is endowed naturally with 6 degrees of freedom: 3 translations and 3 rotations. The proposed equations are formulated from the statement of the generalized Cosserat plane stress with additional transverse shear components and integrated over the shell's thickness using the equivalent single layer approach (ESL). The resulting formulae are implemented into the own Fortran code enabling nonlinear shell analysis. Some numerical results are presented to show the performance of the proposed approach.

Cytowania

  • 8

    CrossRef

  • 0

    Web of Science

  • 8

    Scopus

Cytuj jako

Pełna treść

pobierz publikację
pobrano 40 razy
Wersja publikacji
Accepted albo Published Version
Licencja
Creative Commons: CC-BY-NC-ND otwiera się w nowej karcie

Słowa kluczowe

Informacje szczegółowe

Kategoria:
Publikacja w czasopiśmie
Typ:
artykuł w czasopiśmie wyróżnionym w JCR
Opublikowano w:
COMPOSITES PART B-ENGINEERING nr 165, strony 335 - 353,
ISSN: 1359-8368
Język:
angielski
Rok wydania:
2019
Opis bibliograficzny:
Chróścielewski J., Sabik A., Sobczyk B., Witkowski W.: 2-D constitutive equations for orthotropic Cosserat type laminated shells in finite element analysis// COMPOSITES PART B-ENGINEERING. -Vol. 165, (2019), s.335-353
DOI:
Cyfrowy identyfikator dokumentu elektronicznego (otwiera się w nowej karcie) 10.1016/j.compositesb.2018.11.101
Bibliografia: test
  1. Singh DB, Singh BN. New higher order shear deformation theories for free vibration and buckling analysis of laminated and braided composite plates. Int J Mech Sci 2017;131- 132:265-77. doi:10.1016/j.ijmecsci.2017.06.053. otwiera się w nowej karcie
  2. Pagani A, Carrera E. Large-deflection and post-buckling analyses of laminated composite beams by Carrera Unified Formulation. Compos Struct 2017;170:40-52. doi:10.1016/j.compstruct.2017.03.008. otwiera się w nowej karcie
  3. Teter A, Mania RJ, Kolakowski Z. Non-linear stability and load-carrying capacity of thin- walled laminated columns in aspects of coupled buckling and coupled stiffness submatrix. otwiera się w nowej karcie
  4. Compos Struct 2018;192:72-81. doi:10.1016/j.compstruct.2018.02.070. otwiera się w nowej karcie
  5. Hasim KA. Isogeometric static analysis of laminated composite plane beams by using refined zigzag theory. Compos Struct 2018;186:365-74. doi:10.1016/j.compstruct.2017.12.033. otwiera się w nowej karcie
  6. Ou X, Zhang X, Zhang R, Yao X, Han Q. Weak form quadrature element analysis on nonlinear bifurcation and post-buckling of cylindrical composite laminates. Compos Struct 2018;188:266-77. doi:10.1016/j.compstruct.2018.01.007. otwiera się w nowej karcie
  7. Wan L, Yang D, Ismail Y, Sheng Y. 3D particle models for composite laminates with anisotropic elasticity. Compos Part B Eng 2018;149:110-21. doi:10.1016/j.compositesb.2018.05.022. otwiera się w nowej karcie
  8. Liao BB, Jia LY. Finite element analysis of dynamic responses of composite pressure vessels under low velocity impact by using a three-dimensional laminated media model. Thin-Walled Struct 2018;129:488-501. doi:10.1016/j.tws.2018.04.023. otwiera się w nowej karcie
  9. Arruda MRT, Garrido M, Castro LM., Ferreira AJM, Correia JR. Numerical modelling of the creep behaviour of GFRP sandwich panels using the Carrera Unified Formulation and Composite Creep Modelling. Compos Struct 2018;183:103-13. doi:10.1016/j.compstruct.2017.01.074. otwiera się w nowej karcie
  10. Tornabene F, Fantuzzi N, Bacciocchi M. Free vibrations of free-form doubly-curved shells made of functionally graded materials using higher-order equivalent single layer theories. otwiera się w nowej karcie
  11. Compos Part B Eng 2014;67:490-509. doi:10.1016/j.compositesb.2014.08.012. otwiera się w nowej karcie
  12. Fazzolari FA. Reissner's Mixed Variational Theorem and variable kinematics in the modelling of laminated composite and FGM doubly-curved shells. Compos Part B Eng 2016;89:408-23. doi:10.1016/j.compositesb.2015.11.031. otwiera się w nowej karcie
  13. Chróścielewski J, Miśkiewicz M, Pyrzowski Ł, Sobczyk B, Wilde K. A novel sandwich footbridge -Practical application of laminated composites in bridge design and in situ measurements of static response. Compos Part B Eng 2017;126:153-61. doi:10.1016/j.compositesb.2017.06.009. otwiera się w nowej karcie
  14. Chróścielewski J, Miśkiewicz M, Pyrzowski Ł, Rucka M, Sobczyk B, Wilde K. Modal properties identification of a novel sandwich footbridge -Comparison of measured and FEA. Compos Part B Eng 2018. doi:10.1016/j.compositesb.2018.06.016. otwiera się w nowej karcie
  15. Yademellat H, Nikbakht A, Saghafi H, Sadighi M. Experimental and numerical investigation of low velocity impact on electrospun nanofiber modified composite laminates. Compos Struct 2018;200:507-14. doi:10.1016/j.compstruct.2018.05.146. otwiera się w nowej karcie
  16. Li Y, Pimenta S, Singgih J, Nothdurfter S, Schuffenhauer K. Experimental investigation of randomly-oriented tow-based discontinuous composites and their equivalent laminates. otwiera się w nowej karcie
  17. Compos Part A Appl Sci Manuf 2017;102:64-75. doi:10.1016/j.compositesa.2017.06.031. otwiera się w nowej karcie
  18. Kharghani N, Guedes Soares C. Experimental, numerical and analytical study of bending of rectangular composite laminates. Eur J Mech -A/Solids 2018;72:155-74. doi:10.1016/j.euromechsol.2018.05.007. otwiera się w nowej karcie
  19. Tan W, Naya F, Yang L, Chang T, Falzon BG, Zhan L, et al. The role of interfacial properties on the intralaminar and interlaminar damage behaviour of unidirectional composite laminates: Experimental characterization and multiscale modelling. Compos Part B Eng 2018;138:206-21. doi:10.1016/j.compositesb.2017.11.043. otwiera się w nowej karcie
  20. Kaddour AS, Hinton MJ, Soden PD. A comparison of the predictive capabilities of current failure theories for composite laminates: additional contributions. Compos Sci Technol 2004;64:449-76. doi:10.1016/S0266-3538(03)00226-4. otwiera się w nowej karcie
  21. Hinton M., Kaddour A., Soden P. A further assessment of the predictive capabilities of current failure theories for composite laminates: comparison with experimental evidence. otwiera się w nowej karcie
  22. Compos Sci Technol 2004;64:549-88. doi:10.1016/S0266-3538(03)00227-6. otwiera się w nowej karcie
  23. Soden P., Kaddour A., Hinton M. Recommendations for designers and researchers resulting from the world-wide failure exercise. Compos Sci Technol 2004;64:589-604. doi:10.1016/S0266-3538(03)00228-8. otwiera się w nowej karcie
  24. Sabik A. Progressive failure analysis of laminates in the framework of 6-field non-linear shell theory. Compos Struct 2018; 200: 195-203. otwiera się w nowej karcie
  25. Koh R, Madsen B. Strength failure criteria analysis for a flax fibre reinforced composite. Mech Mater 2018;124:26-32. doi:10.1016/j.mechmat.2018.05.005. otwiera się w nowej karcie
  26. Gu J, Chen P. Some modifications of Hashin's failure criteria for unidirectional composite materials. Compos Struct 2017;182:143-52. doi:10.1016/j.compstruct.2017.09.011. otwiera się w nowej karcie
  27. Thomson DM, Cui H, Erice B, Hoffmann J, Wiegand J, Petrinic N. Experimental and numerical study of strain-rate effects on the IFF fracture angle using a new efficient implementation of Puck's criterion. Compos Struct 2017;181:325-35. doi:10.1016/j.compstruct.2017.08.084. otwiera się w nowej karcie
  28. Gu J, Chen P. Extension of Puck's inter fibre fracture (IFF) criteria for UD composites. otwiera się w nowej karcie
  29. Compos Sci Technol 2018;162:79-85. doi:10.1016/j.compscitech.2018.04.019. otwiera się w nowej karcie
  30. Obert E, Daghia F, Ladevèze P, Ballere L. Micro and meso modeling of woven composites: Transverse cracking kinetics and homogenization. Compos Struct 2014;117:212-21. doi:10.1016/j.compstruct.2014.06.035. otwiera się w nowej karcie
  31. Wang B, Fang G, Liu S, Fu M, Liang J. Progressive damage analysis of 3D braided composites using FFT-based method. Compos Struct 2018;192:255-63. doi:10.1016/j.compstruct.2018.02.040. otwiera się w nowej karcie
  32. Rozylo P, Debski H, Kubiak T. A model of low-velocity impact damage of composite plates subjected to Compression-After-Impact (CAI) testing. Compos Struct 2017;181:158-70. doi:10.1016/j.compstruct.2017.08.097. otwiera się w nowej karcie
  33. Chróścielewski J, Makowski J, Stumpf H. Genuinely resultant shell finite elements accounting for geometric and material non-linearity. Int J Numer Meth Eng 1992; 35: 63- 94. otwiera się w nowej karcie
  34. Chróścielewski J, Makowski J, Stumpf H. Finite element analysis of smooth, folded and multi-shell structures. Comp. Meth. Appl. Mech. Engng 1997; 141: 1-46. otwiera się w nowej karcie
  35. Altenbach J, Altenbach H, Eremeyev VA. On generalized Cosserat-type theories of plates and shells: a short review and bibliography. Archive of Applied Mechanics, 2010;80:73-92. otwiera się w nowej karcie
  36. Miśkiewicz M. Structural response of existing spatial truss roof construction based on Cosserat rod theory. Contin Mech Thermodyn 2018. doi:10.1007/s00161-018-0660-8. otwiera się w nowej karcie
  37. Altenbach H, Eremeyev VA. Actual developments in the nonlinear shell theory-state of the art and new applications of the six-parameter shell theory. Shell structures: Theory and applications vol. 3, 2014:3-12. otwiera się w nowej karcie
  38. Eremeyev VA, Lebedev LP, Cloud MJ. The Rayleigh and Courant variational principles in the six-parameter shell theory. Mathematics and Mechanics of Solids, 2015; 20(7): 806- 822. otwiera się w nowej karcie
  39. Bîrsan M, Neff P. Existence of minimizers in the geometrically non-linear 6-parameter resultant shell theory with drilling rotations, Mathematics and Mechanics of Solids 2014;19(4):376-397. otwiera się w nowej karcie
  40. Chróścielewski J, Sabik A, Sobczyk B, Witkowski W. Nonlinear FEM 2D failure onset prediction of composite shells based on 6-parameter shell theory. Thin-Walled Struct 2016;105:207-19. otwiera się w nowej karcie
  41. Burzyński S, Chróścielewski J, Witkowski W. Geometrically nonlinear FEM analysis of 6- parameter resultant shell theory based on 2-D Cosserat constitutive model. ZAMM -J Appl Math Mech 2016;96:191-204. otwiera się w nowej karcie
  42. Burzyński S, Chróścielewski J, Daszkiewicz K, Witkowski W. Geometrically nonlinear FEM analysis of FGM shells based on neutral physical surface approach in 6-parameter shell theory. Compos Part B Eng 2016;107:203-13. otwiera się w nowej karcie
  43. Burzyński S, Chróścielewski J, Daszkiewicz K, Witkowski W. Elastoplastic nonlinear FEM analysis of FGM shells of Cosserat type. Compos Part B Eng 2018. doi:10.1016/j.compositesb.2018.07.055. otwiera się w nowej karcie
  44. Eremeyev VA, Pietraszkiewicz W. Local symmetry group in the general theory of elastic shells. Journal of Elasticity 2006;85(2):125-152. otwiera się w nowej karcie
  45. Libai A, Simmonds JG. The Nonlinear Theory of Elastic Shells, 2nd ed. 1998, Cambridge University Press, Cambridge otwiera się w nowej karcie
  46. Toupin RA. Theories of Elasticity with Couple-stress, Archive for Rational Mechanics and Analysis 1964;17(2):85-112. otwiera się w nowej karcie
  47. Eremeyev VA, Lebedev LP, Altenbach H. Foundations of Micropolar Mechanics, 2013, Springer. otwiera się w nowej karcie
  48. Pietraszkiewicz W. Eremeyev VA, On vectorially parameterized natural strain measures of the non-linear Cosserat continuum. International Journal of Solids and Structures, 2009;46(11):2477-2480 otwiera się w nowej karcie
  49. Stuelpnagel J. On the parameterization of the three-dimensional rotation group. SIAM Review 1964;6:422-430. otwiera się w nowej karcie
  50. Chróścielewski J, Kreja I, Sabik A, Witkowski W. Modeling of composite shells in 6- parameter nonlinear theory with drilling degree of freedom, Mech. Adv. Mater. Struct. 2011;18:403-419. otwiera się w nowej karcie
  51. Nakamura S, Benedict R, Lakes R. Finite element method for orthotropic micropolar elasticity. Int. J. Engng. Sci. Eng. 1984;22:319-330.
  52. Fantuzzi N, Leonetti L, Trovalusci P, Tornabene F. Some Novel Numerical Applications of Cosserat Continua. International Journal of Computational Methods 2018; Vol. 15, No. 3, 1850054 (38 pages). otwiera się w nowej karcie
  53. Tornabene F, Fantuzzi N, Bacciocchi M. Mechanical behaviour of composite Cosserat solids in elastic problems with holes and discontinuities. Composite Structures 2017; 179:468-481. otwiera się w nowej karcie
  54. Kaw AK. Mechanics of Composite Materials, Second edition. Boca Raton, London, New York: Taylor & Francis Group; 2006.
  55. Reddy JN. Mechanics of laminated composite plates and shells. Theory and analysis. 2 th edition. 2004, CRC Press. otwiera się w nowej karcie
  56. Jeong J, Ramezani H, Münch I, Neff P. A numerical study for linear isotropic Cosserat elasticity with conformally invariant curvature, Z. Angew. Math. Mech. 2009;89(7):552 - 569 (2009) otwiera się w nowej karcie
  57. Li X, Yu K, Han J, Song H, Zhao R. Buckling and vibro-acoustic response of the clamped composite laminated plate in thermal environment. Int J Mech Sci 2016;119:370-82. doi:10.1016/j.ijmecsci.2016.10.021 otwiera się w nowej karcie
  58. Sander O, Neff P, Bîrsan M. Numerical treatment of a geometrically nonlinear planar Cosserat shell model, arXiv:1412.3668v1 [math.NA] 11 Dec 2014. otwiera się w nowej karcie
  59. Hashin Z. Failure Criteria for Unidirectional Fiber Composites. J Appl Mech 1980;47:329- 34. doi:10.1115/1.3153664. otwiera się w nowej karcie
  60. Yuan-Sheng C. Physical interpretation of Hashin's criterion of fatigue failure under multiaxial stress. Eng Fract Mech 1986;24:165-7. doi:10.1016/0013-7944(86)90048-2. otwiera się w nowej karcie
  61. Wang FS, Yu XS, Jia SQ, Li P. Experimental and numerical study on residual strength of aircraft carbon/epoxy composite after lightning strike. Aerosp Sci Technol 2018;75:304- 14. doi:10.1016/j.ast.2018.01.029. otwiera się w nowej karcie
  62. Bsisu KA-D, Hussein HH, Sargand SM. The Use of Hashin Damage Criteria, CFRP- Concrete Interface and Concrete Damage Plasticity Models in 3D Finite Element Modeling of Retrofitted Reinforced Concrete Beams with CFRP Sheets. Arab J Sci Eng 2017;42:1171-84. doi:10.1007/s13369-016-2356-3. otwiera się w nowej karcie
  63. Yu G, Ren Y, Zhang T, Xiao W, Jiang H. Hashin Failure Theory Based Damage Assessment Methodology of Composite Tidal Turbine Blades and Implications for the Blade Design. China Ocean Eng 2018;32:216-25. doi:10.1007/s13344-018-0023-z. otwiera się w nowej karcie
  64. Gu J, Chen P. Some modifications of Hashin's failure criteria for unidirectional composite materials. Compos Struct 2017;182:143-52. doi:10.1016/j.compstruct.2017.09.011. otwiera się w nowej karcie
  65. Duarte APC, Díaz Sáez A, Silvestre N. Comparative study between XFEM and Hashin damage criterion applied to failure of composites. Thin-Walled Struct 2017;115:277-88. doi:10.1016/j.tws.2017.02.020. otwiera się w nowej karcie
  66. Pietraszkiewicz W, Konopińska V. Drilling couples and refined constitutive equations in the resultant geometrically non-linear theory of elastic shells. Int J Solids Struct 2014;51:2133-43. doi:10.1016/j.ijsolstr.2014.02.022. otwiera się w nowej karcie
  67. Stander N, Matzenmiller A, Ramm E. An assessment of assumed strain methods in finite rotation shell analysis, Engineering Computations 1989;6:58-66. otwiera się w nowej karcie
  68. Klinkel S, Gruttmann F, Wagner W. A continuum based three-dimensional shell element for laminated structures, Computers and Structures 1999;71:43-62. otwiera się w nowej karcie
  69. Sze KY, Liu XH, Lo SH. Popular benchmark problems for geometric nonlinear analysis of shells, Fin. Elem. Anal. Des. 2004;40:1151-1569. otwiera się w nowej karcie
  70. Arciniega RA, Reddy JN.,Tensor-based finite element formulation for geometrically nonlinear analysis of shell structures, Comput. Methods Appl. Mech. Engrg. 2007;196: 1048-1073. otwiera się w nowej karcie
  71. Wiśniewski K. Finite Rotation Shells. Barcelona: Springer, 2010. otwiera się w nowej karcie
  72. Padhi GS, Shenoi RA, Moy SSJ, Hawkins GL. Progressive failure and ultimate collapse of laminated composite plates in bending, Compos Struct 1998; 40: 277-291. otwiera się w nowej karcie
  73. Moy SSJ, Shenoi RA, Allen HG. Strength and stiffness of fibre-reinforced plastic plates, Proc. Instn Cio Engrs Structs & Bldgs 1996; 116: 204-220. otwiera się w nowej karcie
  74. Davila CG, Camanho PP, Rose CA. Failure Criteria for FRP Laminates. J. Compos. Mater 2005; 39: 323-345. otwiera się w nowej karcie
  75. Knight NF, Rankin CC, Brogan FA. STAGS computational procedure for progressive failure analysis of laminated composite structures. International Journal of Non-linear Mechanics 2002;37: 833-849. otwiera się w nowej karcie
  76. Sleight DW. Progressive failure analysis methodology for laminated composite structures, NASA/TP-1999-209107. otwiera się w nowej karcie
  77. Sobczyk B. FEM analysis of composite materials failure in nonlinear six field shell theory, PhD thesis, Gdańsk University of Technology, 2017.
  78. Gliszczyński A, Kubiak T. Progressive failure analysis of thin-walled composite columns subjected to uniaxial compression. Composite Structures 2017;169:52-61. otwiera się w nowej karcie
  79. Chróścielewski J, Sabik A, Sobczyk B, Witkowski W. Analysis of laminates with the use of 2-D Cosserat constitutive model, 41st Solid Mechanics Conference, August 27-31, 2018 otwiera się w nowej karcie
  80. Warsaw, Poland, http://solmech2018.ippt.pan.pl/abstracts/0289.pdf
Źródła finansowania:
Weryfikacja:
Politechnika Gdańska

wyświetlono 511 razy

Publikacje, które mogą cię zainteresować

Meta Tagi