The influence of annealing treatment on dynamic deformation behavior of ultra-fine grained aluminum alloys was investigated in this study. After equal-channel angular pressing at $200^{\circ}C$, most of the grains were considerably reduced to nearly equiaxed grains of $0.3{\mu}m$ in size. With an increment of various annealing treatments for 1 hour, resultant microstructures were found to be fairly stable at temperatures up to $200^{\circ}C$, suggesting that static recovery would be dominantly operative, whereas grain growth was pronounced above $250^{\circ}C$. The tensile test results showed that yield and ultimate tensile strengths decreased, but elongation-to-failure and strain hardening rate increased with increasing annealing temperature. The dynamic deformation behavior retrieved with a series of torsional tests was explored with respect to annealed microstructures. Such mechanical response was analyzed in relation to resultant microstructure and fracture mode.
A new first-order shear deformation theory is developed for dynamic behavior of functionally graded beams. The equations governing the axial and transverse deformations of functionally graded plates are derived based on the present first-order shear deformation plate theory and the physical neutral surface concept. There is no stretching-bending coupling effect in the neutral surface based formulation, and consequently, the governing equations and boundary conditions of functionally graded beams based on neutral surface have the simple forms as those of isotropic plates. The accuracy of the present solutions is verified by comparing the obtained results with the existing solutions.
High temperature flow behaviors of Fe-Cr-Mo-V-W-C tool steel were investigated using isothermal compression tests on a Gleeble simulator. The compressive test temperature was varied from 850 to $1,150^{\circ}C$ with the strain rate ranges of 0.05 and $10s^{-1}$. The maximum height reduction was 45%. The dynamic softening related to the dynamic recrystallization was observed during hot deformation. The constitutive model based on Arrhenius-typed equation with the Zener-Hollomon parameter was proposed to simulate the hot deformation behavior of Fe-Cr-Mo-V-W-C steel. An artificial neural network (ANN) model was also developed to compare with the constitutive model. It was concluded that the ANN model showed more accurate prediction compared with the constitutive model for describing the hot compressive behavior of Fe-Cr-Mo-V-W-C steel.
High temperature flow behaviors of AISI 4340 steel were investigated using isothermal compression tests under the temperature range from 850 to $1100^{\circ}C$ and a strain rate from 0.01 to $10s^{-1}$. The flow stress decreased with increasing compression temperature and decreasing strain rate. The dynamic softening related to the dynamic recrystallization was observed during hot deformation. The constitutive model based on Arrheniustyped equation with the Zener-Hollomon parameter was used to simulate the hot deformation behavior of AISI 4340 steel. The modification of the Zener-Hollomon parameter and lnA parameter resulted in the improvement of the calculation accuracy of the proposed constitutive model compared with the experimental flow curves. In addition, the process map of AISI 4340 steel was proposed. The instable process condition for hot deformation was predicted and its reliability was verified with the experimental observation.
동적하중 하에서 암석의 변형거동 및 파괴강도는 발파, 지진 또는 암반돌출의 지진동에 의한 지하구조물의 안정해석에 중요하다. 본 연구에서는 스플릿 홉킨슨 압력봉(SHPB) 충격실험시스템을 석회암시료의 일축압축시험과 압열인장시험에 적용하여 고변형률과 동적강도 평가를 수행하였다. 충격봉의 발사속도를 제어하여 파괴강도 이하 동적응력 상태에서의 석회암시료의 동적응력-변형거동을 분석하였다. 시료 내 파괴여부 및 파괴양상을 파악하기 위하여 Micro-focus X-ray 단층촬영을 수행하였다. 동적 압축강도 실험결과, 석회암시료의 동적압축강도는 변형율속도 의존성을 보였으며, 동적 압축파괴강도는 140 MPa 이상으로 평가되었다. 동적 압열 인장 실험결과, 석회암시료의 동적 압열인장강도는 21 MPa 이상으로 정적 압열인장강도보다 3배 이상 높은 것으로 평가되었다.
The effect of static preload on the dynamic properties of rubber materials is rather important, especially when good isolation characteristics are required at high frequencies. However, there are still few papers for dynamic characteristics of compressed rubber components. It was demonstrated in reference (4) that for bonded rubber material of a cylindrical shape, a simplified theory equation between linear dynamic and nonlinear static behavior of rubber material was useful to predict their combined effects. This paper presents the second part of the study. It is confirmed that for the compressed rubber material, the stress can be factored into a function of frequency and a function of strain(stretch). The finite element methodis applied to analyze non-linear large deformation of rubber material and its results are compared with those of a simplified theory equation. The predicted dynamic material properties based on non-linear static finite element analyses have a good agreement of experimental results and those based on simplified theory equation.
Moghadam, Amir Ali Amiri;Kouzani, Abbas;Zamani, Reza;Magniez, Kevin;Kaynak, Akif
Smart Structures and Systems
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제15권6호
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pp.1601-1623
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2015
Electroactive polymers have attracted considerable attention in recent years due to their sensing and actuating properties which make them a material of choice for a wide range of applications including sensors, biomimetic robots, and biomedical micro devices. This paper presents an effective modeling strategy for nonlinear large deformation (small strains and moderate rotations) dynamic analysis of polymer actuators. Considering that the complicated electro-chemo-mechanical dynamics of these actuators is a drawback for their application in functional devices, establishing a mathematical model which can effectively predict the actuator's dynamic behavior can be of paramount importance. To effectively predict the actuator's dynamic behavior, a comprehensive mathematical model is proposed correlating the input voltage and the output bending displacement of polymer actuators. The proposed model, which is based on the rigid finite element (RFE) method, consists of two parts, namely electrical and mechanical models. The former is comprised of a ladder network of discrete resistive-capacitive components similar to the network used to model transmission lines, while the latter describes the actuator as a system of rigid links connected by spring-damping elements (sdes). Both electrical and mechanical components are validated through experimental results.
High-damping rubber bearings (HDRB) are commonly used as seismic isolation devices to protect civil engineering structures from earthquakes. However, the nonlinear hysteresis characteristics of the HDRB, such as their dependence on material properties and hardening phenomena, make predicting their behavior during earthquakes difficult. This study proposes a hysteretic model that can accurately predicts the behavior of shear deformation considering the nonlinearity when designing the seismic isolation structures using HDR bearings. To model the hysteretic characteristics of the HDR, dynamic loading tests were performed by applying sinusoidal and random waves on scaled-down specimens. The test results show that the nonlinear characteristics of the HDR strongly correlate with the shear strain experienced in the past. Furthermore, when shear deformation occurred above a certain level, the hardening phenomenon, wherein the stiffness increased rapidly, was confirmed. Based on the experimental results, the dynamic characteristics of the HDR, equivalent stiffness, equivalent damping ratio, and strain energy were quantitatively evaluated and analyzed. In this study, an improved bilinear HDR model that can reproduce the dependence on shear deformation and hardening phenomena was developed. Additionally, by proposing an objective parameter-setting procedure based on the experimental results, the model was devised such that similar parameters could be set by anyone. Further, an actual dynamic analysis could be performed by modeling with minimal parameters. The proposed model corresponded with the experimental results and successfully reproduced the mechanical characteristics evaluated from experimental results within an error margin of 10%.
Esfandiar, Habib;Korayem, Moharam H.;Haghpanahi, Mohammad
Structural Engineering and Mechanics
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제62권5호
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pp.619-629
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2017
This paper focuses on the study of complete dynamic modeling and maximum dynamic load carrying capacity computation of N-flexible links and N-flexible joints mobile manipulator undergoing large deformation. Nonlinear dynamic analysis relies on the Timoshenko theory of beams. In order to model the system completely and precisely, structural and joint flexibility, nonlinear strain-displacement relationship, payload, and non-holonomic constraints will be considered to. A finite element solution method based on mixed method is applied to model the shear deformation. This procedure is considerably more involved than displacement based element and shear deformation can be readily included without inducing the shear locking in the element. Another goal of this paper is to present a computational procedure for determination of the maximum dynamic load of geometrically nonlinear manipulators with structural and joint flexibility. An effective measure named as Moment-Height Stability (MHS) measure is applied to consider the dynamic stability of a wheeled mobile manipulator. Simulations are performed for mobile base manipulator with two flexible links and joints. The results represent that dynamic stability constraint is sensitive when calculating the maximum carrying load. Furthermore, by changing the trajectory of end effector, allowable load also changes. The effect of torsional spring parameter on the joint deformation is investigated in a parametric sensitivity study. The findings show that, by the increase of torsional stiffness, the behavior of system approaches to a system with rigid joints and allowable load of robot is also enhanced. A comparison is also made between the results obtained from small and large deformation models. Fluctuation range in obtained figures for angular displacement of links and end effector path is bigger for large deformation model. Experimental results are also provided to validate the theoretical model and these have good agreement with the simulated results.
Wu, Xiangguo;Xia, Xinlei;Kang, Thomas H.K.;Han, Jingcheng;Kim, Chang-Soo
Steel and Composite Structures
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제29권4호
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pp.545-555
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2018
This study aimed to investigate the flexural behavior of precast concrete (PC) wall - steel shoe composite assemblies with various dry connection details at mid-span. Flexural tests were performed for five scenarios. Test parameters included the width of test specimens, arrangement of steel shoe connectors, and use of structural adhesive or waterproof tape at the mid-span joint. The test results showed that the PC wall - steel shoe composite assemblies joined at mid-span showed flexural damage patterns combined with rotational deformation, and the structural performance was satisfactory regardless of the arrangement of steel shoe connectors. Considering the two deformation components (flexural deformation by bending and rotational deformation due to joint opening), a theoretical model was proposed to analyze flexural strength and joint opening, and the simple model gave good predictions with acceptable accuracy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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