A finite element analysis using a new layered shell element considering the partial interaction of the layers has been proposed. The proposed layered shell element improves the efficiency of analysis by adding only the DOFs in the slip direction without modeling the layers using additional shells. Existing elements that attempted interlayer slip were limited to solid elements or beam elements, and there were disadvantages in that the DOFs required when analyzing thin materials was increased or that two-dimensional partial interactions were not considered. Unlike with previous element, the stacking can be expressed with two additional DOFs per node by defining the direction in which the slip occurs in the two-dimensional slip plane. 2D interlayer slip between layers can also be considered using the defined slip directions. As a result of comparing through several numerical examples it was confirmed that accurate finite element analysis is possible with high computational efficiency compared to using the solid element considering the adhesive layer. If this linear shell is extended to a nonlinear formulation, it is expected that more accurate analysis will be possible even through the deformation increase.
본 학위 논문에서는 적층 구조물의 층간 부분 상호 작용을 고려한 유한요소 해석을 위해 층간 슬립을 고려한 새로운 적층 쉘 요소를 제안한다. 제안하는 적층 쉘 요소는 추가적인 쉘을 이용하여 층을 모델링하지 않고 슬립 방향으로의 자유도만 추가함에 따라 계산에 필요한 자유도 수를 줄여 해석의 효율성을 크게 향상시킨다. 기존의 층간 슬립을 고려한 요소는 솔리드 요소나 빔 요소로 제한되어 있으며 얇은 재료들을 해석할 때 필요한 자유도수가 매우 증가하거나 2차원 부분 상호작용을 고려하지 못한다는 단점이 존재하였다. 하지만 본 기법에서는 이차원 슬립 평면에서 슬립이 일어나는 방향을 정의하여 각 노드당 두개의 추가적인 자유도로 적층을 표현할 수 있다. 또한 정의된 두 개의 슬립 방향을 이용하여 층 사이의 2차원 부분 상호작용도 고려 가능하다. 제안한 쉘 모델의 성능을 확인하기 위해 다양한 수치 예제를 통해 비교한 결과 접착층을 고려한 솔리드 요소를 사용하는 것에 비해 높은 계산 효율성을 가지고 정확한 유한 요소 해석이 가능하다는 것을 확인하였다. 본 선형 요소를 비선형 요소 식으로 확장한다면 변형이 증가함에도 보다 정확한 해석이 가능할 것이라 기대한다.