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A Weak Form Implementation of Nonlinear Axisymmetric Shell Equations With Examples

Résumé

We present a weak form implementation of the nonlinear axisymmetric shell equations. This implementation is suitable to study the nonlinear deformations of axisymmetric shells, with the capability of considering a general mid-surface shape, non-homogeneous (axisymmetric) mechanical properties and thickness variations. Moreover, given that the weak balance equations are arrived to naturally, any external load that can be expressed in terms of an energy potential can, therefore, be easily included and modeled. We validate our approach with existing results from the literature, in a variety of settings, including buckling of imperfect spherical shells, indentation of spherical and ellipsoidal shells, and geometry-induced rigidity (GIR) of pressurized ellipsoidal shells. Whereas the fundamental basis of our approach is classic and well established, from a methodological view point, we hope that this brief note will be of both technical and pedagogical value to the growing and dynamic community that is revisiting these canonical but still challenging class of problems in shell mechanics.

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Concepts associés (33)
Sphère
vignette|Rendu en fil de fer d'une sphère dans un espace euclidien. En géométrie dans l'espace, une sphère est une surface constituée de tous les points situés à une même distance d'un point appelé centre. La valeur de cette distance au centre est le rayon de la sphère. La géométrie sphérique est la science qui étudie les propriétés des sphères. La surface de la Terre peut, en première approximation, être modélisée par une sphère dont le rayon est d'environ .
Calotte sphérique
thumb|Une sphère et les deux calottes sphériques découpées par un plan En géométrie, une calotte sphérique est une portion de sphère délimitée par un plan. C'est un cas particulier de zone sphérique. Lorsque le plan passe par le centre de la sphère, on obtient un hémisphère. Cette surface de révolution sert de délimitant à deux types de solides : le secteur sphérique, portion de boule découpée par un cône le segment sphérique à une base, portion de boule découpée par un plan.
Segment sphérique
En géométrie, un segment sphérique est le solide défini en coupant une boule avec une paire de plans parallèles. La surface du segment sphérique à l'exclusion des bases est appelée zone sphérique. Le segment sphérique est donc la partie de l’espace limitée par une zone sphérique et deux disques. Si le rayon de la sphère est appelé R, les rayons des bases des segments sphériques sont r1 et r2 et la hauteur du segment sphérique (la distance d'un plan parallèle à l'autre) appelée h, alors le volume du segment sphérique est : Lorsqu'un des plans est tangent à la sphère, on parle de segment sphérique à une base.
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