ارائه یک فرمول بندی المان محدود c1 برای مدل میکرو ورق میندلین-رایسنر

در این مقاله، فرمول بندی المان محدود میکرو ورق میندلین-رایسنر بر اساس نظریه الاستیسیته گرادیان کرنش ارائه می گردد. با توجه به وجود مشتقات مرتبه بالا، جهت ارائه یک فرمولبندی المان محدود استاندارد، باید از توابع درونیابی با پیوستگی  c1 استفاده نمود. براین اساس، شکل کلی ماتریس سفتی و بردار نیروی المان میکرو ورق براساس اصل کار مجازی استخراج شده و سپس فرمولبندی بر روی یک المان چهار ضلعی چهار گرهی با 36درجه آزادی اعمال می گردد. تغییر شکل ورق های مستطیلی میندلین-رایسنر گرادیانی تحت فشار یکنواخت با سه دسته شرایط مرزی مختلف مورد مطالعه قرار می گیرد. بتدا میکرو ورق با لبه های ساده بررسی شده و حل المان محدود گرادیانی بدست آمده با حل دقیق میکرو ورق براساس این نظریه مقایسه می گردد، که تطابق بسیار نزدیکی بین پاسخ های این دو روش مشاهده می شود. سپس میکرو ورق با چهار لبه گیردار و نیز سه لبه ساده و یک لبه آزاد بررسی می گردند. در هر دو مورد، پاسخی همگرا با ریز نمودن اندازه المان ها بدست می آید. در صورت نازک بودن ورق و نیز بزرگ بودن نسبت ضخامت به پارامتر مقیاس طول ماده، نتایج بدست آمده در تحلیل المان محدود بر مبنای نظریه گرادیان کرنش با حل ورق کرشهف بر مبنای الاستیسیته ی کلاسیک منطبق می گردند.

A C1 Finite Element Formulation for MindlinReissner Microplate Model

In this paper, a C1 finite element (FE) formulation of MindlinReissner microplate based on strain gradient elasticity theory is developed. The general form of the stiffness matrix and force vector of the microplate element is firstly extracted, and then specialized on a fournode quadrilateral element with 36 degrees of freedom. Deformation of rectangular microplates with simplysupported edges, clamped edges, and three edges simplysupported and the fourth edge free, and under uniform external pressure is then studied. For the case of microplate with simplysupported boundaries, comparison between the FE and the corresponding exact solution is made, which shows extremely close results. For the next two examples, a convergent solution by means of mesh refinement is obtained. Moreover, for the case of thin plates and for large values of the thicknesstomaterial length ratio, the results of gradientbased FE analysis are coincident with those of the Kirchhoff plate model based on classical elasticity. Numerical simulations show that the introduced element is able to capture the size effect phenomenon at micron scale. When the plate thickness is in the order of the material length parameter, the value of deflection is lower than that predicted by the models based on classical elasticity.