Shell structures have been widely used in various engineering fields and the Finite Element Method (FEM) has been powerfully used for analyzing these shell structures over the past several decades. Among the various shell finite elements, the triangular shell finite elements are advantageous for automatic mesh generations of shell structures with complex shapes. Even recently a new 3-node triangular shell finite element named MITC3+ has been developed that gives as accurate results as the state-of-the-art 4-node quadrilateral shell finite element. The MITC3+ shell finite element solves the locking phenomenon very successfully and thus has an outstanding convergence behavior in bending-dominated problems. However, there is no difference in membrane performance from the 3-node triangular displacement-based shell finite element (DISP3). In this study, a new 3-node triangular shell finite element named MITC3+S which improves the membrane performance of the MITC3+ shell finite element is proposed and there are two versions. The first version of the MITC3+S shell finite element has contributed to the successful application of the edge-based strain smoothing technique to the continuum mechanics based MITC3+ shell finite element. The first version has successfully improved the membrane performance of the MITC3+ shell finite element. The second version of the MITC3+S shell finite element alleviates the problem of increasing computation time in the first version with an enhanced edge-based strain smoothing technique. The second version has even better membrane performance than the first version.
쉘 구조물은 다양한 공학 분야에서 널리 사용되고 있으며, 유한요소법은 지난 수십 년 동안 이러한 쉘 구조물을 해석하는 데 강력하게 사용되었다. 다양한 쉘 유한요소 중 삼각형 쉘 유한요소는 복잡한 모양을 가진 쉘 구조물의 자동 메시 생성에 유리할 뿐 아니라, 최근에 개발된 MITC3+ 라는 새로운 3절점 삼각형 쉘 유한요소는 최신의 4절점 사각형 쉘 유한요소와 유사한 우수한 성능을 제공한다. MITC3+ 쉘 유한요소는 잠금 현상을 매우 성공적으로 해결하여 굽힘 지배 문제에서 뛰어난 수렴 거동을 보인다. 그러나 이러한 MITC3+ 쉘 유한요소는 막 성능에 있어서는 3절점 삼각형 변위 기반 쉘 유한요소 (DISP3)와 차이가 없다. 본 연구에서는 MITC3+ 쉘 유한요소의 막 성능을 향상시킨 MITC3+S라는 새로운 3절점 삼각형 쉘 유한요소를 제안하며, 두 가지 버전이 존재한다. MITC3+S 쉘 유한요소의 첫 번째 버전은 연속체 역학 기반 MITC3+ 쉘 유한요소에 모서리 기반 변형률 평활화 기법을 성공적으로 적용하는 데 기여하며, MITC3+ 쉘 유한요소의 막 성능을 성공적으로 향상시켰다. MITC3+S 쉘 유한요소의 두 번째 버전은 강화된 모서리 기반 변형률 평활화 기법을 개발 및 적용하여 첫 번째 버전에서 발생하는 계산 시간 증가 문제를 해결하며, 첫 번째 버전보다 훨씬 우수한 막 성능을 제공한다.
