Stability analysis of cylindrical composite shells in MSC/Nastran

• Autorzy: Kreja, I.

Warianty tytułu

PL

Analiza stateczności kompozytowych paneli cylindrycznych w MSC/NASTRAN

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the paper, the capabilities of the MSC/NASTRAN system in the field of stability analysis of com-posite laminated shells are critically tested. Two selected benchmark examples of laminated cylindrical panels under axial compression are examined. The MSC/NASTRAN results obtained either in buckling analysis or in nonlinear incremental calculations are compared with the solutions available in the litera-ture.

PL

Zanalizowano przydatność systemu MSC/NASTRAN for Windows w zakresie analizy stateczności kompozytowych powłok cylindrycznych. Przedstawiono krótki przegląd literatury dotyczącej numerycznej analizy powłok warstwowych. Omówiono zasadnicze równania opisujące problem stateczności konstrukcji w zakresie uogólnionego zagadnienia własnego stateczności początkowej oraz na drodze wyznaczenia pełnej ścieżki równowagi układu z zastosowaniem podejścia przyrostowego. Zaprezentowano podstawowe informacje o systemie MSC/NASTRAN for Windows ze szczególnym uwzględnieniem elementu powłokowego QUAD4. Obliczenia przeprowadzono dla dwóch wybranych przykładów paneli cylindrycznych poddanych równomiernemu ściskaniu w kierunku tworzącej, dokonując analizy zarówno stateczności początkowej, jak i problemu geometrycznie nieliniowego w procesie przyrosto-wym. Podstawowa różnica między analizowanymi przykładami polegała na przyjęciu innych warunków podparcia na prostych krawędziach: w przypadku pierwszego badanego panelu przyjęto swobodne podparcie prostych brzegów, podczas gdy w drugiej rozpatrywanej po-włoce proste krawędzie były swobodne. Dla obu rozważanych wariantów przyjęto, że zakrzywione krawędzie są utwierdzone, z tym że jedna z nich ma możliwość sztywnej translacji na kierunku tworzącej. Otrzymane wyniki zestawiono z rozwiązaniami dostępnymi w literaturze oraz z rozwiązaniami uzyskanymi za pomocą własnego programu SHL04. Przeprowadzone badania porównawcze w pełni potwierdziły bogate możliwości systemu MSC/NASTRAN for Windows. Zaobserwowano ponadto, że zmiana warunków podparcia na wzdłużnych krawędziach paneli ma decydujący wpływ na zmianę jej podatności na imperfekcje. Jak wykazano w drugim przykładzie, numeryczne niedokładności modelu MSC/Nastran w przypadku konstrukcji wrażliwej na imperfekcje mogą prowadzić do przeskoku rozwiązania na ścieżkę pobifurkacyjną.

Słowa kluczowe

PL

powłoki warstwowe; powłoki cylindryczne

EN

composite shells; buckling; FE analysis

• Czasopismo: Archives of Civil and Mechanical Engineering
• Rocznik: 2005
• Tom: Vol. 5, no 3
• Strony: 31-41
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Kreja, I.

• Gdańsk University of Technology, Gabriela Narutowicza 11/12, 80-952 Gdańsk, Poland

Bibliografia

• [1] Waszczyszyn Z., Cichoń C., Radwańska M.: Stability of structures by finite element method, Elsevier, Amsterdam, 1994.
• [2] Noor A.K., Burton W.S.: Assessment of computational models for multilayered composite shells, Appl. Mech. Rev., 1990,Vol. 43, 67–97.
• [3] Noor A.K., Burton W.S., Peters J.M.: Assessment of computational models for multilayered composite cylinders, Int. J. Solids Structures, 1991, Vol. 27, 1269–1286.
• [4] Piskunov V.G., Rasskazov A.O.: Evolution of the theory of laminated plates and shells, International Applied Mechanics (Plenum Publ. Corp.), 2002, Vol. 38, No. 2, 135–166.
• [5] Qatu M.S.: Recent research advances in the dynamic behavior of shells: 1989–2000, Part 1: Laminated composite shells, Appl. Mech. Rev., 2002, Vol. 55, 325–350.
• [6] Carrera E.: Developments, ideas, and evaluations based upon Reissner’s Mixed Variational Theorem in the modeling of multilayered plates and shells, Appl. Mech. Rev., 2001, Vol. 54, 301–329.
• [7] Carrera E.: Historical review of Zig-Zag theories for multilayered plates and shells, Appl. Mech. Rev., 2003, Vol. 56, 287–308.
• [8] Gilewski W., Radwańska M.: A survey of finite element models for the analysis of moderately thick shells, Finite Elements in Analysis and Design, 1991, Vol. 9, 1–21.
• [9] MacNeal R.H.: Perspective on finite elements for shell analysis, Finite Elements in Analysis and Design, 1998, Vol. 30, 175–186.
• [10] Yang H.T.Y., Saigal S., Masud A., Kapania R.K.: A survey of recent shell finite elements, Int. J. Num. Meth. Engng., 2000, Vol. 47, 101–127.
• [11] Simitses G.J.: Buckling of moderately thick laminated cylindrical shells: A review, Composites Part B, 1996, Vol. 27B, 581–587.
• [12] Waszczyszyn Z.: Stability problems and methods of analysis of nonlinear FEM equations, [in:] Handbook of Computational Solid Mechanics, M. Kleiber (Ed.), Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, 1998, 253–323.
• [13] MSC/NASTRAN for Windows installation and application manual, Mac Neal–Schwendler Corp., 1995.
• [14] MSC/NASTRAN Encyclopedia for Version 69, Mac Neal–Schwendler Corp., 1996.
• [15] MacNeal R.: A simple quadrilateral shell element, Computers & Structures, 1978, Vol. 8, 175–183.
• [16] Hoff C.C., Harder R.L., Campbell G., MacNeal R.H., Wilson C.T.: Analysis of Stell structures using MSC/NASTRAN’s shell elements with surface normals, Proc. 1995 MSC World Users’ Conf., Universal City, CA, 8–12 May, 1995.
• [17] Hoff C.C.: Improvements in Linear Buckling and Geometric Nonlinear Analysis of MSC/NASTRAN’s Lower Order Elements, MSC 1993 World Users’ Conference, Arlington, VA, May 24–28, 1993.
• [18] Snell M., Morley N.: The compression buckling behaviour of highly curved panels of karbon fibre reinforced plastic, Proceedings of 5th Int. Conf. on Composite Materials, 1985, 1327–1354.
• [19] Jun S.M., Hong C.S.: Buckling behavior of laminated composite cylindrical panels dunder axial compression, Computers & Structures, 1988, Vol. 29, 479–490.
• [20] Laschet G., Jeusette J.-P.: Postbuckling finite element analysis of composite panels, Composite Structures, 1990, Vol. 14, 35–48.
• [21] Wagner W.: Zur Formulierung eines geometrisch nichtlinearen Finite Elementes für zylindrische Faserverbundschalen, Static und Dynamik in Konstruktiven Ingenieurbau, Festschrift Wilfried B. Krätzig, SFB 151 – Berichte, 1992, Nr 23, B3–B10.
• [22] Brank B., Carrera E.: A family of shear-deformable shell finite elements for composite structures, Computers and Structures, 2000, Vol. 76, 287–297.
• [23] Chaplin C.P., Palazotto A.N.: The colapse of composite cylindrical panels with various thickness using Finite Element Analysis, Computers & Structures, 1996, Vol. 60, 797–815.
• [24] Kreja I., Schmidt R.: Large rotations in First Order Shear Deformation FE analysis of laminated shells, Int. J. Non-Linear Mechanics (submitted).