Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제27권4호
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pp.494-502
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2003
The near-tip field of mode-I dynamic cracks steadily propagating in a strain softening material is investigated under plane strain conditions. The material is assumed to be incompressible and its deformation obeys the $J_2$ flow theory of plasticity. A power-law stress-strain relation with strain softening is adopted to account for the damage behavior of materials near the dynamic crack tip. By assuming that the stresses and strain have the same singularity at the crack tip. this paper obtains a fully continuous dynamic crack-tip field in the damage region. Results show that the stress and strain components the same logarithmic singularity of (In(R/r))$\delta$, and the angular variations of filed quantities are identical to those corresponding to the dynamic cracks in the elastic-perfectly plastic material.
A technique based on the finite element method (FEM) is used in the simulation of metal cutting process. This offers the advantages of the prediction of the cutting force, the stresses, the temperature, the tool wear, and optimization of the cutting condition, the tool shape and the residual stress of the surface. However, the accuracy and reliability of prediction depend on the flow stress of the workpiece. There are various models which describe the relationship between the flow stress and the strain. The Johnson-Cook model is a well-known material model capable of doing this. Low-alloy steel is developed for a dry storage container for used nuclear fuel. Related to this, a process analysis of the plastic machining capability is necessary. For a plastic processing analysis of machining or forging, there are five parameters that must be input into the Johnson-Cook model in this paper. These are (1) the determination of the strain-hardening modulus and the strain hardening exponent through a room-temperature tensile test, (2) the determination of the thermal softening exponent through a high-temperature tensile test, (3) the determination of the cutting forces through an orthogonal cutting test at various cutting speeds, (4) the determination of the strain-rate hardening modulus comparing the orthogonal cutting test results with FEM results. (5) Finally, to validate the Johnson-Cook material parameters, a comparison of the room-temperature tensile test result with a quasi-static simulation using LS-Dyna is necessary.
Kawai, M.;Zhang, J.Q.;Saito, S.;Xiao, Y.;Hatta, H.
Advanced Composite Materials
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제18권3호
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pp.265-285
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2009
Off-axis compressive deformation behavior of a unidirectional CFRP laminate at high temperature and its strain-rate dependence in a quasi-static range are examined for various fiber orientations. By comparing the off-axis compressive and tensile behaviors at an equal strain rate, the effect of different loading modes on the flow stress level, rate-dependence and nonlinearity of the off-axis inelastic deformation is elucidated. The experimental results indicate that the compressive flow stress levels for relatively larger off-axis angles of $30^{\circ}$, $45^{\circ}$ and $90^{\circ}$ are about 50 percent larger than in tension for the same fiber orientations, respectively. The nonlinear deformations under off-axis tensile and compressive loading conditions exhibit significant strain-rate dependence. Similar features are observed in the fiber-orientation dependence of the off-axis flow stress levels under tension and compression and in the off-axis flow stress differential in tension and compression, regardless of the strain rate. A phenomenological theory of viscoplasticity is then developed which can describe the tension-compression asymmetry as well as the rate dependence, nonlinearity and fiber orientation dependence of the off-axis tensile and compressive behaviors of unidirectional composites in a unified manner. It is demonstrated by comparing with experimental results that the proposed viscoplastic constitutive model can be applied with reasonable accuracy to predict the different, nonlinear and rate-dependent behaviors of the unidirectional composite under off-axis tensile and compressive loading conditions.
Evaluation of the elevated temperature flow stress for thermoplastic fiber metal laminates(TFMLs) sheet, comprised of two aluminum sheets in the exterior layers and a self-reinforced polypropylene(SRPP) in the interior layer, was conducted. The flow stress as a function of temperature should be evaluated prior to the actual forming of these materials. The flow stress can be obtained experimentally by uniaxial tensile tests or analytically by deriving a flow stress model. However, the flow stress curve of TFMLs cannot be predicted properly by existing flow stress models because the deformation with temperature of these types of materials is different from that of a generic pure metallic material. Therefore, the flow stress model, which includes the effect of the temperature, should be carefully identified. In the current study, the flow stress of TFMLs were first predicted by using existing flow stress models such as Hollomon, Ludwik, and Johnson-Cook models. It is noted that these existing models could not effectively predict the flow stress. Flow stress models such as the modified Hollomon and modified Ludwik model were proposed with respect to temperatures of $23^{\circ}C$, $60^{\circ}C$, $90^{\circ}C$, $120^{\circ}C$. Then the stress-strain curves, which were predicted using the proposed flow stress models, were compared to the stress-strain curves obtained from experiments. It is confirmed that the proposed flow stress models can predict properly the temperature dependent flow stress of TFMLs.
Junhua Xiao;Jiapei Ma;Jianfeng Xue;Zhiyong Liu;Yingqi Bai
Geomechanics and Engineering
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제34권5호
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pp.481-489
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2023
Drained cyclic triaxial tests were conducted on a saturated sand to examine its deformation characteristics under either axial or lateral cyclic loading condition. To apply lateral cyclic loading, the cell pressure was cycled while maintaining a constant vertical stress. The strain accumulations and flow direction in the soil were presented and discussed considering various initial stress ratios (η0), cyclic stress amplitudes and cyclic stress paths. The results indicate that axial strain accumulation shows an exponential increase with the maximum stress ratio (ηmax). The initial deviatoric stress has comparable effects with lateral cyclic stress amplitude on the accumulated axial strain. In contrast, the accumulated volumetric strain is directly proportional to the lateral cyclic stress amplitude but not much affected by η0 values. Due to the anisotropy of the soil, the accumulated axial and lateral bulging strains are greater in lateral cyclic loading when compared to axial cyclic loading even though ηmax is the same. It is also found that ηmax affects soil's lateral deformation and increasing the ratio could change the lateral deformation from contraction to bulging. The flow direction depends on ηmax in the sand under lateral cyclic loading, regardless of η0 values and the cyclic stress amplitudes, and a large ηmax could lead to great deviatoric strain but a little volumetric strain accumulation.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제24권6호
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pp.24-33
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2000
This paper investigates the relationship between J-integral and crack tip opening displacement, ${\delta}_t$ using Gordens results of numerical analysis. Estimation were carried out for several strength levels such as ultimate, flow, yield, ultimate-flow, flow-yield stress to determine the influence of strain hardening and the ratio of crack length to width on the $J-{\delta}_t$ relationship. It was found that for SE(B) specimens, the $J-{\delta}_t$ relationship can be applied to relate J to ${\delta}_t$ as follows $J=m_j{\times}{\sigma}_i{\times}{\delta}_t$ where $m_j=1.27773+0.8307({\alpha}/W)$, ${\sigma}_i:{\sigma}_U$, ${\sigma}_{U-F}={\frac{1}{2}} ({\sigma}_U+{\sigma}_F$), ${\sigma}_F$, ${\sigma}_F}$$Y=({\sigma}_F+{\sigma}_Y)$, ${\sigma}_Y$
This is a research analyses on the bearing capacity at a pile tip embedded in rock. The aim is to propose a shape coefficient for an analytical solution and to investigate the influence of the plastic flow law on the problem. For this purpose, the finite difference method is used to analyze the bearing capacity of various types and states of rock masses, assuming the Hoek & Brown failure criterion, by considering both plane strain and an axisymmetric model. Different geometrical configurations were adopted for this analysis. First, the axisymmetric numerical results were compared with those obtained from the plane strain analytical solution. Then the pile shape influence on the bearing capacity was studied. A shape factor is now proposed. Furthermore, an evaluation was done on the influence of the plastic flow law on the pile tip bearing capacity. Associative flow and non-associative flow with null dilatancy were considered, resulting in a proposed correlation. A total of 324 cases were simulated, performing a sensitivity analysis on the results and using the graphic output of vertical displacement and maximum principal stress to understand how the failure mechanism occurs in the numerical model.
한국지반공학회 1991년도 추계학술발표회 논문집 지반공학에서의 컴퓨터 활용 COMPUTER UTILIZATION IN GEOTECHNICAL ENGINEERING
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pp.216-232
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1991
This Finite Element Program(TAFEM) has been developed to be able to carry out the structural analsis of tunnel section and simulate the surrounding ground behaviour due to New Austrian Tunnelling Method, of which main support is the surrounding ground, itself. The Elasto-plastic theory has been applied. The used finite elements are 8-noded isoparametric element(rock & shotcrete), 2 or 3-noded rod element(rock bolt) and infinite boundary element. The load incremental method and tangential stiffness method has been used. Associated flow rule was applied to plastic flow and yield criteria inclued not only Mohr-Coulomb but also Drucker-Prager. In this paper, Drucker-Prager yield criterion has been used. The relationship between plastic strain and stress is based on the incremental strain concept and stress-strain equation on the basis of the stress path of each gauss point has been adopted. It may be rational that rock is considered to be no-tension material, so that no-tension analysis has been adopted in accordance with the brittle fracture constitutive equation.
An UBET(Upper Bound Elemental Technique) program has been developed to analyze forging load, die-cavity filling and effective strain distribution for flashless forging. To analyze the process easily, it is suggested that the deformation is divided into two different parts. Those are axisymmetric part in corner and plane-strain part in lateral. The total power consumption is minimized through combination of two deformation parts by building block method, from which the upper-bound forging load, the flow pattern, the grid pattern, the veocity distribution and the effective strain are determined. To show the merit of flashless forging, the result of flashless and flash forging processes are compared through theory and experiment. Experiments have been carried out with plasticine billets at room temperature. The theoretical predictions of the forging load and the flow pattern are in good agreement with the experimental results.
High temperature deformation behavior of a Ti-Al intermetallic compound has been investigated. Specimens with a near gamma and a lamella structures were obtained by performing heat treatment at 1200 and 1330$^{\circ}C$, respectively, for 24 hr and stabilized at 900$^{\circ}C$ for 4 hr followed by air cooling. A series of load relaxation tests has been conducted on these samples at temperatures ranging from 850 to 950$^{\circ}C$ to construct flow curves in the strain rate range from 10$\^$-6//s to 10$\^$-3//s. Strain hardening was observed even at the temperature of 950$^{\circ}C$ in both the near gamma and the lamella structures. Further aging treatment for 12 hr at test temperatures has found to cause no softening in both microstructures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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