Araştırma Makalesi

A Comparative Assessment of Plane Stress Finite Elements for Stress Analysis in a Rectangular Plate with a Central Circular Hole under Uniaxial Tension

Cilt: 42 Sayı: 2 1 Haziran 2026
PDF İndir
EN TR

A Comparative Assessment of Plane Stress Finite Elements for Stress Analysis in a Rectangular Plate with a Central Circular Hole under Uniaxial Tension

Öz

This study presents a comparative assessment of three various plane stress finite element formulations—CPS4, CPS4R, and CPS4I—implemented in ABAQUS for the prediction of maximum stress in a rectangular plate with a central circular hole subjected to uniaxial tension. Numerical results were benchmarked against the theoretical solution based on the gross-section stress concentration factor over hole diameter-to-width ratios up to 0.8. The primary objective was to quantify the influence of element formulations on maximum stress estimation with increasing hole diameter-to-width ratio. Numerical results suggested that all element types successfully captured the progressive increase in maximum stress with increasing hole size. Nevertheless, systematic differences in accuracy were observed. The CPS4 element produced slight overestimations, whereas CPS4R consistently underestimated the reference solution, with discrepancies becoming more noticeable at higher geometric ratios where stress gradients are more pronounced. Among the examined formulations, CPS4I exhibited the most consistent and accurate agreement with the theoretical results, maintaining small and stable error levels across the entire investigated range. This was attributed to its incompatible mode enhancement that provides improved strain field representation, enabling more reliable resolution of localized stress peaks. The findings underscored the critical role of element formulation in ABAQUS for achieving accurate maximum stress predictions in perforated structural components subjected to uniaxial tensile loading.

Anahtar Kelimeler

Kaynakça

  1. [1]Maiorana E, Pellegrino C, Modena C. Elastic stability of plates with circular and rectangular holes subjected to axial compression and bending moment. Thin-Walled Structures 2009;47:241–55. ttps://doi.org/10.1016/j.tws.2008.08.003.
  2. [2]J BC, L YA, Mark B. Stability of Plates with Rectangular Holes. Journal of Structural Engineering 1987;113:1111–6. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9445(1987)113:5(1111).
  3. [3]Thang NN, Vinh NT, Van Son N, Duong LT. Investigation of Stress-Field Evolution and Stress Concentration in Plates Using the Vector Form Intrinsic Finite Element (VFIFE) Method. Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Mechanical Engineering 2026. https://doi.org/10.1007/s40997-025-00951-6.
  4. [4]Pilkey WD, Pilkey DF, Bi Z. Peterson’s stress concentration factors. John Wiley & Sons; 2020.
  5. [5]Meyers MA, Chawla KK. Mechanical behavior of materials. Cambridge university press; 2008.
  6. [6]Peterson RE. Stress concentration factors: Charts and relations useful in making strength calculations for machine parts and structural elements(Book). New York, Wiley-Interscience, 1974 329 p 1974.
  7. [7]Gross D, Hauger W, Schröder J, Wall WA, Bonet J. Engineering mechanics 2. Springer; 2011.
  8. [8]Young WC, Budynas RG, Sadegh AM. Roark’s formulas for stress and strain. vol. 7. McGraw-hill New York; 2002.

Ayrıntılar

Birincil Dil

İngilizce

Konular

Makine Mühendisliğinde Sayısal Yöntemler, Malzeme Tasarım ve Davranışları, Sayısal Modelleme ve Mekanik Karakterizasyon

Bölüm

Araştırma Makalesi

Yayımlanma Tarihi

1 Haziran 2026

Gönderilme Tarihi

20 Şubat 2026

Kabul Tarihi

23 Mayıs 2026

Yayımlandığı Sayı

Yıl 2026 Cilt: 42 Sayı: 2

Kaynak Göster

APA
Dündar, M. A., Özenç, O., & Ercan, K. (2026). A Comparative Assessment of Plane Stress Finite Elements for Stress Analysis in a Rectangular Plate with a Central Circular Hole under Uniaxial Tension. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi, 42(2). https://doi.org/10.65520/erciyesfen.1892532
AMA
1.Dündar MA, Özenç O, Ercan K. A Comparative Assessment of Plane Stress Finite Elements for Stress Analysis in a Rectangular Plate with a Central Circular Hole under Uniaxial Tension. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi. 2026;42(2). doi:10.65520/erciyesfen.1892532
Chicago
Dündar, Mehmet Akif, Osman Özenç, ve Kazım Ercan. 2026. “A Comparative Assessment of Plane Stress Finite Elements for Stress Analysis in a Rectangular Plate with a Central Circular Hole under Uniaxial Tension”. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi 42 (2). https://doi.org/10.65520/erciyesfen.1892532.
EndNote
Dündar MA, Özenç O, Ercan K (01 Haziran 2026) A Comparative Assessment of Plane Stress Finite Elements for Stress Analysis in a Rectangular Plate with a Central Circular Hole under Uniaxial Tension. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi 42 2
IEEE
[1]M. A. Dündar, O. Özenç, ve K. Ercan, “A Comparative Assessment of Plane Stress Finite Elements for Stress Analysis in a Rectangular Plate with a Central Circular Hole under Uniaxial Tension”, Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi, c. 42, sy 2, Haz. 2026, doi: 10.65520/erciyesfen.1892532.
ISNAD
Dündar, Mehmet Akif - Özenç, Osman - Ercan, Kazım. “A Comparative Assessment of Plane Stress Finite Elements for Stress Analysis in a Rectangular Plate with a Central Circular Hole under Uniaxial Tension”. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi 42/2 (01 Haziran 2026). https://doi.org/10.65520/erciyesfen.1892532.
JAMA
1.Dündar MA, Özenç O, Ercan K. A Comparative Assessment of Plane Stress Finite Elements for Stress Analysis in a Rectangular Plate with a Central Circular Hole under Uniaxial Tension. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi. 2026;42. doi:10.65520/erciyesfen.1892532.
MLA
Dündar, Mehmet Akif, vd. “A Comparative Assessment of Plane Stress Finite Elements for Stress Analysis in a Rectangular Plate with a Central Circular Hole under Uniaxial Tension”. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi, c. 42, sy 2, Haziran 2026, doi:10.65520/erciyesfen.1892532.
Vancouver
1.Mehmet Akif Dündar, Osman Özenç, Kazım Ercan. A Comparative Assessment of Plane Stress Finite Elements for Stress Analysis in a Rectangular Plate with a Central Circular Hole under Uniaxial Tension. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi. 01 Haziran 2026;42(2). doi:10.65520/erciyesfen.1892532

✯ Etik kurul izni gerektiren, tüm bilim dallarında yapılan araştırmalar için etik kurul onayı alınmış olmalı, bu onay makalede belirtilmeli ve belgelendirilmelidir.
✯ Etik kurul izni gerektiren araştırmalarda, izinle ilgili bilgilere (kurul adı, tarih ve sayı no) yöntem bölümünde, ayrıca makalenin ilk/son sayfalarından birinde; olgu sunumlarında, bilgilendirilmiş gönüllü olur/onam formunun imzalatıldığına dair bilgiye makalede yer verilmelidir.
✯ Dergi web sayfasında, makalelerde Araştırma ve Yayın Etiğine uyulduğuna dair ifadeye yer verilmelidir.
✯ Dergi web sayfasında, hakem, yazar ve editör için ayrı başlıklar altında etik kurallarla ilgili bilgi verilmelidir.
✯ Dergide ve/veya web sayfasında, ulusal ve uluslararası standartlara atıf yaparak, dergide ve/veya web sayfasında etik ilkeler ayrı başlık altında belirtilmelidir. Örneğin; dergilere gönderilen bilimsel yazılarda, ICMJE (International Committee of Medical Journal Editors) tavsiyeleri ile COPE (Committee on Publication Ethics)’un Editör ve Yazarlar için Uluslararası Standartları dikkate alınmalıdır.
✯ Kullanılan fikir ve sanat eserleri için telif hakları düzenlemelerine riayet edilmesi gerekmektedir.