Ni-based superalloys have exceptional performance in high-temperature strength, corrosion resistance, etc, and it has been widely used in various applications that require corrosion resistance at high-temperature operations. However, the relatively expensive cost of the Ni-based superalloys is one of the major hurdles. The corrosion-resisted alloy(CRA) clad materials can be a cost-effective solution. In this study, finite element analysis of the hot rolling process for manufacturing of the Alloy 625/API X65 steel CRA clad plates is conducted. The stress-strain curves of the two materials are measured in compressive tests for various temperature and strain rate conditions, using the Gleeble tester. Then, strain hardening behavior is modeled following the modified Johnson-Cook model. Finite element analysis of the hot rolled cladding process is performed using this strain rate and temperature dependent hardening model. Finally, the thickness ratio of the CRA and base material is predicted and compared with experimental values.
Long cylinder, subjected to internal pressure, is important in the analysis and design of nuclear fuel rod structures. In many cases, long cylinder problems have been considered as a plane strain condition. However, strictly speaking, long cylinder problems are not plane strain problems, but rather a general plane strain (GPS) condition, which is a combination of a plane strain state and a uniform strain state. The magnitude of the uniform axial strain is required, in order to make the summation of the axial force zero. Although there has been the GPS element, this paper proposes a general technique to solve long cylinder problems, using several pseudo-general plane strain (PGPS) elements. The conventional GPS elements and PGPS elements employed are as follows: axisymmetric GPS element (GA3), axisymmetric PGPS element (PGA8/6), 2-D GPS element (GIO), 3-D PGPS element (PG20/16), and reduced PGPS elements (RPGA6, RPG20/16). In particular, PGPS elements (PGA8/6, PG20/16) can be applied in periodic structure problems. These finite elements are tested, using several kinds of examples, thereby confirming the validity of the proposed finite element models.
Nam, Hyun Suk;Kim, Ji Soo;Kim, Jin Weon;Kim, Yun Jae
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.40
no.2
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pp.167-173
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2016
This paper proposes ductile failure simulation under high strain rate conditions using finite element (FE) analyses. In order to simulate a cracked component under a high strain rate condition, this paper applies the stress-modified fracture strain model combined with the Johnson/Cook model. The stress-modified fracture strain model determines the incremental damage in terms of stress triaxiality (${\sigma}_m/{\sigma}_e$) and fracture strain (${\varepsilon}_f$) for a dimple fracture using the tensile test results. To validate the stress-modified fracture strain model under dynamic loading conditions, the parameters are calibrated using the tensile test results under various strain rates and the fracture toughness test results under quasi-static conditions. The calibrated damage model predicts the CT test results under a high strain rate. The simulated results were then compared with the experimental data.
The Finite Element Method is applied to the determination of the deformed bulge profile and strain distribution during upset forming of cylindrical billets. From the results of simulation, the bulging along the z-axis becomes more severe with increasing eight reduction, and with increasing friction at the die-material interface. The present method can be used for the simple prediction of the deformed shape and strain distribution in upset forging of cylindrical billets with dissimilar fictional conditions at the die-material interfaces.
This paper deals with adaptive finite element analysis of linearly elastic structures using different error estimators based on flux projection (or best guess stress values) and residual methods. Presentations are given on a typical h-type adaptive analysis, a mesh refinement scheme and the coupling of adaptive finite element analysis with automatic mesh generation. Details about different error estimators are provided and their performance, reliability and convergence are studied using six node quadratic triangular elements. Several examples are presented to demonstrate the reliability of different error estimators.
With the rapid development of the distributed strain sensing (DSS) technology, the strain becomes an alternative monitoring parameter to analyze slope stability conditions. Previous studies reveal that the horizontal strain measurements can be used to evaluate the deformation pattern and failure mechanism of soil slopes, but they fail to consider various influential factors. Regarding the horizontal strain as a key parameter, this study aims to investigate the stability condition of a locally loaded slope by adopting the variable-controlling method and conducting a strength reduction finite element analysis. The strain distributions and factors of safety in different conditions, such as slope ratio, soil strength parameters and loading locations, are investigated. The results demonstrate that the soil strain distribution is closely related to the slope stability condition. As the slope ratio increases, more tensile strains accumulate in the slope mass under surcharge loading. The cohesion and the friction angle of soil have exponential relationships with the strain parameters. They also display close relationships with the factors of safety. With an increasing distance from the slope edge to the loading position, the transition from slope instability to ultimate bearing capacity failure can be illustrated from the strain perspective.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.10
no.3
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pp.307-323
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2016
The nonlinear behaviors of recycled aggregate concrete (RAC) frame structure are investigated by numerical simulation method with 3-D finite fiber elements. The dynamic characteristics and the seismic performance of the RAC frame structure are analyzed and validated with the shaking table test results. Specifically, the natural frequency and the typical responses (e.g., storey deformation, capacity curve, etc.) from Model 1 (exclusion of strain rate effect) and Model 2 (inclusion of strain rate effect) are analyzed and compared. It is revealed that Model 2 is more likely to provide a better match between the numerical simulation and the shaking table test as key attributes of seismic behaviors of the frame structure are captured by this model. For the purpose to examine how seismic behaviors of the RAC frame structure vary under different strain rates in a real seismic situation, a numerical simulation is performed by varying the strain rate. The storey displacement response and the base shear for the RAC frame structure under different strain rates are investigated and analyzed. It is implied that the structural behavior of the RAC frame structure is significantly influenced by the strain rate effect. On one hand, the storey displacements vary slightly in the trend of decreasing with the increasing strain rate. On the other hand, the base shear of the RAC frame structure under dynamic loading conditions increases with gradually increasing amplitude of the strain rate.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.36
no.3
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pp.361-374
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2016
The material property of the rubber has been studied in order to improve the reliability of the finite element model of a lead rubber bearing (LRB) which is a typical base isolator. Rubber exhibits elastic behaviour even within the large strain range, unlike the general structural material, and has a hyper-elastic characteristics that shows non-linear relationship between load and deformation. This study represents the mechanical characteristics of the rubber by strain energy function in order to develop a finite element (FE) model of LRB. For the study, several strain energy functions were selected and mechanical properties of the rubber were estimated with the energy functions. A finite element model of LRB has been developed by using material properties of rubber and lead which were identified by stress tests. This study estimated the horizontal and vertical force-displacement relationship with the FE model. The adequacy of the FE model was validated by comparing the analytical results with the experimental data.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.15
no.1
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pp.169-178
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1991
A plane-strain finite element analysis of sheet metal forming is carried out by using the rigid-plastic FEM based on the membrane theory. The sheet material is assumed to possess normal anisotropy and to obey Hill's new yield criterion and its associated flow rule. A formulation of initial guess generation for the displacement field is derived by using the nonlinear elastic FEM. A method of contact treatment is proposed in which the skew boundary condition for arbitrarily shaped tools is successively used during iteration. In order to verify the validity of the developed method, plane-strain drawing with tools in analytic expression and with arbitrarily shaped tools is analyzed and compared with the published results. The comparison shows that the present method can be effectively used in the analysis of plane-strain sheet metal forming and thus provides the basis of approximate sectional analysis of panel-like sheet forming.
An elastic-plastic finite element analysis of fatigue crack closure is performed for plane strain conditions. The stabilization behavior of crack opening level and the effect of mesh size on the crack opening stress are investigated. In order to obtain a stabilized crack opening level for plane strain conditions, the crack must be advanced through approximately four times the initial monotonic plastic zone. The crack opening load tends to increase with the decrease of mesh size. The mesh size nearly equal to the theoretical plane strain cyclic plastic zone size may provide reasonable numerical results comparable with experimental crack opening data. The crack opening behavior is influenced by the crack growth increment and discontinuous opening behavior is observed. A procedure to predict the most appropriate mesh size for different stress ratio is suggested. Crack opening loads predicted by the FE analysis based on the procedure suggested resulted in good agreement with experimental ones within the error of 5 %. Effect of the distance behind the crack tip on the crack opening load determined by the ASTM compliance offset method based on the load-displacement relation and by the rotational offset method based on the load-differential displacement relation is investigated. Optimal gage location and method to determine the crack opening load is suggested.
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