Three-Dimensional Composite Multigrid Finite Shell-Type Elements

  • А.Д. Матвеев Institute of Computational Modeling of the Siberian Branch of the RAS (Krasnoyarsk, Russia) Email: mtv@icm.krasn.ru
  • А.Н. Гришанов Novosibirsk State Technical University (Novosibirsk, Russia) Email: a_grishanov@ngs.ru
Keywords: elasticity, shells, composites, curvilinear composite multigrid finite elements

Abstract

Procedures for developing curvilinear three- dimensional composite multigrid finite elements (MFE) of a shell-like type for calculating the stress state of elastic cylindrical shells having an inhomogeneous (microinhomogeneous) structure and static loading have been proposed. MFE are developed in local Cartesian coordinate systems on the basis of small (basic) shell partitions (models). When constructing MFE (without increasing their dimensionality), arbitrarily small basic shell partitions can be used. Thus, it is possible to take into account their inhomogeneous and microinhomogeneous structure, irregular shape, complex nature of loading and fastening within the micro-approach. The stress-strain state in MFE is described by the formulas of the three-dimensional theory of elasticity (without introducing any additional simplifying hypotheses). The displacements are approximated by power and Lagrange polynomials of various orders, which take into account the displacements of the MFE as a rigid whole. Lagrangian polynomials are effectively used while developing shell-type elements. The proposed MFE yield the small dimensional discrete models (103 ÷ 106 times less than the dimensions of the reference models) and generate some approximate solutions that quickly converge to exact ones, which enable the construction of solutions with a high accuracy for a short time. A known numerical method is used to verify the MFE. Three-grid finite elements of a shell- like type have been developed and numerically studied. An example of a multilayer shell calculation using the developed three-grid finite elements and a reference model that has about 1.4 billion nodal unknowns of finite element method has been given.

DOI 10.14258/izvasu(2017)4-22

Downloads

Download data is not yet available.

Metrics

Metrics Loading ...

Author Biographies

А.Д. Матвеев, Institute of Computational Modeling of the Siberian Branch of the RAS (Krasnoyarsk, Russia)
кандидат физико-математических наук, доцент, старший научный сотрудник
А.Н. Гришанов, Novosibirsk State Technical University (Novosibirsk, Russia)
соискатель

References

Болотин В.В., Новиков Ю.Н. Механика многослойных конструкций. — М., 1980.

Голушко С.К., Немировский Ю.В. Прямые и обратные задачи механики упругих композитных пластин и оболочек вращения. — М., 2008.

Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. — М., 1975.

Норри Д., Фриз Ж. де. Введение в метод конечных элементов. — М., 1981.

Голованов А.И., Тюленева О.И., Шигабутдинов А.Ф. Метод конечных элементов в статике и динамике тонкостенных конструкций. — М., 2006.

Клочков Ю.В., Николаев А.П., Шубович А.А. Анализ напряженно-деформированного состояния оболочек вращения в геометрически нелинейной постановке при различных вариантах интерполяции перемещений. — Волгоград, 2013.

Киселев А.П. Расчет тонких оболочек на прочность в трехмерной постановке без упрощающих гипотез // Известия вузов. Строительство. — 2008. — № 1.

Киселев А.П., Гуреева Н.А., Киселева Р.З. Расчет многослойных оболочек вращения и пластин с использованием объемных конечных элементов // Известия вузов. Строительство. — 2010. — № 1.

Самуль В.И. Основы теории упругости и пластичности. — М., 1982.

Матвеев А.Д., Гришанов А.Н. Одно- и двухсеточное криволинейные элементы трехмерных цилиндрических панелей и оболочек // Известия Алтайского гос. унта. — 2014. — № 1/1. D0I:10.14258/izvasu(2014)1.1-19.

Матвеев А.Д., Гришанов А.Н. Многосеточные криволинейные элементы в трехмерном анализе цилиндрических композитных панелей с полостями и отверстиями // Ученые записки Казанского гос. ун-та. — 2014. — Т. 156, кн. 4.

Матвеев А.Д. Построение сложных многосеточных элементов с микронеоднородной структурой // Численные методы решения задач теории упругости и пластичности : тезисы докладов XXIII Всероссийской конференции (Барнаул, 26-28 июня 2013 г). — Новосибирск, 2013.

How to Cite
Матвеев А., Гришанов А. Three-Dimensional Composite Multigrid Finite Shell-Type Elements // Izvestiya of Altai State University, 1, № 4(96) DOI: 10.14258/izvasu(2017)4-22. URL: http://izvestiya.asu.ru/article/view/%282017%294-22.