Two-dimensional elastic contact problems, including normal, tangential, and rolling contacts, are treated with the finite element method in this study. Stress boundary conditions and kinematic conditions are transformed into multiple point constraints for nodal displacements in the finite element method. Upon imposing these constraints into the finite element system equations, the calculated nodal stresses and nodal displacements satisfy stress and displacement contact conditions exactly. Frictional and frictionless contacts between elastically identical as well as elastically dissimilar materials are treated in this study. The contact lengths, sizes of slip and stick regions, the normal and the shear stresses can be found.
In this study, frictionless continuous and discontinuous contact problems of a magneto-electro-elastic layer in the presence of the body force were discussed. The layer was indented by a rigid cylindrical insulating punch and supported by a rigid substrate without bond. Applying the Fourier integral transform technique, the general expressions of the problem were derived in the presence of body force. Thanks to the boundary conditions, the singular integral equations were obtained for both the continuous and the discontinuous contact cases. Gauss-Chebyshev integration formulas were used to transform the singular integral equations into a set of nonlinear equations. Contact width under the punch, initial separation distance, critical load, separation regions and contact stress under the punch and between the layer, and substrate were given as a result.
This study presents a frictionless receding contact problem for an orthotropic elastic layer. It is assumed that the layer is supported by two rigid quarter planes and the material of the layer is orthotropic. The layer of thickness h is indented by a rigid cylindrical punch of radius R. The problem is modeled by using the singular integral equation method with the help of the Fourier transform technique. Applying the boundary conditions of the problem the system of singular integral equations is obtained. In this system, the unknowns are the contact stresses and contact widths under the punch and between the layer and rigid quarter planes. The Gauss-Chebyshev integration method is applied to the obtained system of singular integral equations of Cauchy type. Five different orthotropic materials are considered during the analysis. Numerical results are presented to interpret the effect of the material property and the other parameters on the contact stress and the contact width.
The plane crack-contact problem for an infinite elastic layer with two symmetric rectangular rigid stamps on its upper and lower surfaces is considered. The elastic layer having an internal crack parallel to its surfaces is subjected to two concentrated loads p on its upper and lower surfaces trough the rigid rectangular stamps and a pair of uniform compressive stress $p_0$ along the crack surface. It is assumed that the contact between the elastic layer and the rigid stamps is frictionless and the effect of the gravity force is neglected. The problem is reduced to a system of singular integral equations in which the derivative of the crack surface displacement and the contact pressures are unknown functions. The system of singular integral equations is solved numerically by making use of an appropriate Gauss-Chebyshev integration formula. Numerical results for stress-intensity factor, critical load factor, $\mathcal{Q}_c$, causing initial closure of the crack tip, the crack surface displacements and the contact stress distribution are presented and shown graphically for various dimensionless quantities.
In this paper, a receding contact problem for an elastic layer resting on two quarter planes is considered. The layer is pressed by a stamp and distributed loads. It is assumed that the contact surfaces are frictionless and only compressive traction can be transmitted through the contact surfaces. In addition the effect of body forces are neglected. Firstly, the problem is solved analytically based on theory of elasticity. In this solution, the problem is reduced into a system of singular integral equations in which contact areas and contact stresses are unknowns using boundary conditions and integral transform techniques. This system is solved numerically using Gauss-Jacobi integral formulation. Secondly, two dimensional finite element analysis of the problem is carried out using ANSYS. The dimensionless quantities for the contact areas and the contact pressures are calculated under various distributed load conditions using both solutions. It is concluded that the position and the magnitude of the distributed load have an important role on the contact area and contact pressure distribution between layer and quarter plane contact surface. The analytic results are verified by comparison with finite element results.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2009.10a
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pp.33-37
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2009
Finite-element methods are used to study non-adhesive, frictionless rough contact of elastic and plastic solids. Roughness on spherical surfaces is realized by self-affine fractal. True contact area between the rough surfaces and flat rigid surfaces increases with power law under external normal loads. The power exponent is sensitive to surface roughness as well as the curvature of spherical geometry. Surface contact pressures are analyzed and compared for the elastic and plastic solids. Distributions of local contact pressure are shown dependent on the surface roughness and the yield stress of plastic solids.
The present study deals with the numerical analysis of the symmetric contact problem of two bonded layers resting on an elastic half plane compressed with a rigid punch. In this context, Finite Element Method (FEM) based software called ANSYS and ABAQUS are used. It is assumed that the elastic layers have different elastic constants and heights and the external load is applied to the upper elastic layer by means of a rigid stamp. The problem is solved under the assumptions that the contact between two elastic layers, and between the rigid stamp are frictionless, the effect of gravity force is neglected. To validate the constructed model and obtained results a comparison is performed with the analytical results in literature. The numerical results for normal stresses and shear stresses are obtained for various parameters of load, material and geometry and are tabulated and illustrated.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.5
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pp.511-518
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2010
The split Hopkinson pressure bar (SHPB) has been widely used to determine the mechanical properties of materials at high loading rates. However, to ensure test reliability, the source of measurement error must be identified and eliminated. During the experiment, specimens were placed between the incident and the transmit bar. Contact friction between the test bars and specimen may cause errors. In this study, numerical experiments were carried out to investigate the effect of friction on the test results. In the SHPB test, the stress measured by the transmitted bar is assumed to be the flow stress of the test specimen. However, performing numerical experiments, it was shown that the stress measured by the transmit bar is axial stress components. When the contact surface is frictionless, the flow stress and axial stress of the specimen are approximately equal. On the other hand, when the contact surface is not frictionless, the flow stress and axial stress are no longer equal. The effect of friction on the difference between the flow stress and axial stress was investigated.
Sathish Gandhi, V.C.;Ramesh, S.;Kumaravelan, R.;Thanmanaselvi, M.
Structural Engineering and Mechanics
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v.44
no.1
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pp.61-72
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2012
The paper is on contact analysis of a spherical ball with a deformable flat, considering the effect of tangent modulus on the contact parameters of a non-adhesive frictionless elastic-plastic contact. The contact analysis of this model has been carried out using analysis software Ansys and Abaqus. The contact parameters such as area of contact between two consecutive steps, volume of bulged material are evaluated from the formulated equations. The effect of the tangent modulus is considered for determining these parameters. The tangent modulus are accounted between 0.1E and 0.5E of materials E/Y value greater than 500 and less than 1750. Result shows that upto an optimal tangent modulus values the elastic core push up to the free surface in the flat. The simulation is also carried out in Abaqus and result provide evidence for the volume of bulged material in the contact region move up and flow into the free surface of the flat from the contact edge between the ball and flat. The strain energy of the whole model is varied between 20 to 40 percentage of the stipulated time for analysis.
This paper presents the possibilities of adapting artificial neural networks (ANNs) to predict the dimensionless parameters related to the maximum contact pressures of an elasticity problem. The plane symmetric double receding contact problem for a rigid stamp and two elastic strips having different elastic constants and heights is considered. The external load is applied to the upper elastic strip by means of a rigid stamp and the lower elastic strip is bonded to a rigid support. The problem is solved under the assumptions that the contact between two elastic strips also between the rigid stamp and the upper elastic strip are frictionless, the effect of gravity force is neglected and only compressive normal tractions can be transmitted through the interfaces. A three layered ANN with backpropagation (BP) algorithm is utilized for prediction of the dimensionless parameters related to the maximum contact pressures. Training and testing patterns are formed by using the theory of elasticity with integral transformation technique. ANN predictions and theoretical solutions are compared and seen that ANN predictions are quite close to the theoretical solutions. It is demonstrated that ANNs is a suitable numerical tool and if properly used, can reduce time consumed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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