Cracked component analysis is needed for structural integrity analysis under seismic loading. Under large amplitude cyclic loading conditions, the change in material properties can be complex, depending on the magnitude of plastic strain. Therefore the cracked component analysis under cyclic loading should consider appropriate cyclic hardening model. This study introduces a procedure for determining an appropriate cyclic hardening model for cracked component analysis. The test material was nuclear-grade TP316 stainless steel. The material cyclic hardening was simulated using the Chaboche combined hardening model. The kinematic hardening model was determined from standard tensile test to cover the high and wide strain range. The isotropic hardening model was determined by simulating C(T) test under cyclic loading using ABAQUS debonding analysis. The suitability of the material hardening model was verified by comparing load-displacement curves of cyclic C(T) tests under different load ratios.
Han, Sang Whan;Hyun, Jungho;Cho, EunSeon;Lee, Kihak
Steel and Composite Structures
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제42권5호
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pp.657-669
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2022
Structural materials can experience large plastic deformation under extreme cyclic loading that is caused by events like earthquakes. To evaluate the seismic safety of a structure, accurate numerical material models should be used. For a steel structure, the cyclic strain hardening behavior of structural steel should be correctly modeled. In this study, a combined hardening model, consisting of one isotropic hardening model and three nonlinear kinematic hardening models, was used. To determine the values of the combined hardening model parameters efficiently and accurately, the improved opposition-based particle swarm optimization (iOPSO) model was adopted. Low-cycle fatigue tests were conducted for three steel grades commonly used in Korea and their modeling parameters were determined using iOPSO, which was first developed in Korea. To avoid expensive and complex low cycle fatigue (LCF) tests for determining the combined hardening model parameter values for structural steel, empirical equations were proposed for each of the combined hardening model parameters based on the LCF test data of 21 steel grades collected from this study. In these equations, only the properties obtained from the monotonic tensile tests are required as input variables.
In this study, springback amounts of an S-rail are quantitatively compared according to the hardening model using a finite element simulation for the stamping process with high strength steels. For comparison of the hardening models, two types of hardening models were investigated. The two models were isotropic hardening and kinematic hardening. For the analysis with kinematic hardening, the Yoshida-Uemori model was selected. Five kinds of springback modes were measured at designated sections and a comparison was made between the experiment and the analyses with two types of hardening models. The analysis results show that the springback in the flange and the wall curl are predicted more accurately with a kinematic hardening model.
Radiation hardening is a multiscale phenomenon involving various processes over a wide range of time and length. We present a multiscale model for estimating the amount of radiation hardening in pressure vessel steel in the environment of a light water reactor. The model comprises two main parts: molecular dynamics (MD) simulation and a point defect cluster (PDC) model. The MD simulation was used to investigate the primary damage caused by displacement cascades. The PDC model mathematically formulates interactions between point defects and their clusters, which explains the evolution of microstructures. We then used a dislocation barrier model to calculate the hardening due to the PDCs. The key input for this multiscale model is a neutron spectrum at the inner surface of reactor pressure vessel steel of the Younggwang Nuclear Power Plant No.5. A combined calculation from the MD simulation and the PDC model provides a convenient tool for estimating the amount of radiation hardening.
Kim, Hune-Tae;Seo, Jun-Min;Seo, Ki-Wan;Yoon, Seong-Ho;Kim, Yun-Jae;Oh, Chang-Young
Nuclear Engineering and Technology
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제54권3호
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pp.1098-1108
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2022
The effect of the material hardening model of the canister on a finite element vertical cask drop simulation is investigated for the strain-based acceptance evaluation. Three different hardening models are considered in this paper: the isotropic hardening model, the strain rate-dependent Johnson-Cook (J-C) hardening model, and the modified J-C model which are believed to be the most accurate. By comparing the results using the modified J-C model, it is found that the use of the J-C model provides similar or larger stresses and strains depending on the magnitudes of the strain and strain rate. The use of the isotropic hardening model always yields larger stresses and strains. For the strain-based acceptance evaluation, the use of the isotropic hardening model can produce highly conservative assessment results. The use of the J-C model, however, produces satisfactory results.
The hardening model based on the dislocation mechanics is employed to study the experimentally observed high tensile elongations of NiAl along the [110] orientation at intermediate temperatures. In the hardening model proposed, a mobility of dislocation is assumed to be restricted to glide through the slip plane by forest dislocation and thermally activated cross-slip event. Overall deformation behavior of NiAl was greatly influenced by temperature-dependent dislocation mobility that both experimental and simulated yield stresses decreased as temperature increased. The results of simulation showed anomalous hardening behaviors analogous to those of experiment at certain circumstances. This behavior occurred due to the hardening contributions generated by cross-slip events that disable the dislocation motion in the primary slip systems. By comparing simulation results with experiments, it is confirmed that the proposed hardening model can represent anomalous tensile elongations due to the hardening by forest dislocations and cross-slip events.
In order to achieve long fatigue lifetimes for cyclically pressurized thick cylinders, multi-layered compound cylinder has been proposed. Such compound cylinder involves a shrink-fit procedure incorporating a monobloc tube which has previously undergone autofrettage. The basic autofrettage theory assumes elastic-perfectly plastic behaviour. Because of the Bauschinger effect and strain-hardening, most materials do not display elastic-perfectly plastic properties and consequently various autofrettage mo dels are based on different simplified material strain-hardening models, which is assumed that combination of linear strain-hardenig and power strain-hardening model. This approach gives a more accurate prediction than the elastic-perfectly plastic model and is suitable for different strain-hardening materials. In this paper, a general autofrettage model that incorporates the material strain-hardening relationship and the Bauschinger effect, based upon the actual tensile-compressive stress-strain curve of a material was proposed. The model was obtained using the von Mises yield criterion and plane strain condition. The tensile-compressive stress-strain curve was obtained by experiment. The parameters needed in the model were determined by fitting the actual tensile-compressive curve of the material. Finally, strain- hardening model was compared with elastic-perfectly plastic model.
본 논문에서는 기존 IWAN 모델을 수정하여 사질토 지반의 반복경화 현상을 나타낼 수 있는 지반의 반복경화모델을 개발하였다. 일반적으로 동적하중을 받는 지반재료는 하중 반복회수에 따라 동적 거동특성이 변화하게 되며 이는 반복 경화 및 연화현상으로 나타난다. 본 논문에서는 등방 경화 또는 등방 연화 거동을 하는 스프링슬라이더 요소를 기존 병렬 IWAN 모델에 추가함으로써 지반의 동적 변형특성 표현이 가능하였다. 등방 경화 거동을 보이는 요소들의 항복 응력은 각각 반복 경화함수에 의하여 증가하도록 정의되었으며, 반복 경화함수는 대칭 한계를 가지는 동적 비틂전단 시험결과로부터 정의되었다. 이렇게 정의된 반복 경화함수는 지반의 동적 변형 특성을 묘사하기 위하여 하나의 독립 변수를 가지게 되며, 사용된 독립변수는 지반의 동적 한계 변형률의 특성을 포함하는 누적전단변형률로 사용되었다. 누적 전단변형률은 반복 전단한계 변형률 이상의 변형률의 누적으로 정의되며, 역재하 및 재재하 곡선에서는 Masing의 법칙을 적용하여 계산될 수 있다. 본 논문에서는 모델의 개발과정을 서술하였고, 모델에 대한 검증은 동반논문인 검증편에 설명하였다.
Based upon the experimental data from multi-stage tensile loading at angles to the rolling direction of steel sheets, anisotropic hardening rules are proposed. Experiments show that orthotropic anisotropy is maintained and the orientations of orthotropy axes are changed during tensile loading. A phenomenological model is proposed which includes the rotations of orthotropy axes, work hardening and kinematic hardening. Using the model, uniaxial tensile stress, R-value and tensile necking strain are predicted and compared with the experimental data.
In sheet metal forming numerical analysis, the strain hardening equation has a significant effect on calculation results, especially in the field of spring-back. This study introduces the Kim-Tuan strain hardening model. This model represents sheet material behavior over the entire strain hardening range. The proposed model is compared to other well known strain hardening models using a series of uniaxial tensile tests. These tests are performed to determine the stress-strain relationship for Al6016-T4, DP980, and CP Ti sheets. In addition, the Kim-Tuan model is used to integrate the CP Ti sheet strain hardening equation in ABAQUS analysis to predict spring-back amount in a bending test. These tests highlight the improved accuracy of the proposed equation in the numerical field. Bending tests to evaluate prediction accuracy are also performed and compared with numerical analysis results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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