Proceedings of the Korean Powder Metallurgy Institute Conference
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1997.10a
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pp.7-7
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1997
During sintering of very porous green bodies, as obtained by compaction of hard powders - such as tungsten carbide or ceramics - or by injection moulding, important shrinkage occurs. Due to heterogeneous green density field, gravity effects, friction on the support, thermal gradients, etc., this shrinkage is often non-uniform, which' may induce significant shape changes. As the ratio of compact dimension to powder size is very high, the mechanics of continuum is relevant to model such phenomena. Thus numerical techniques, such as the finite element method can be used to simulate the sintering process and predict the final shape of the sintered part. Such type of simulation has much been developed in the last decade firstly for hot isostatic pressing and next for die compaction. Finite element modelling has been recently applied to free sintering. The simulation of sintering should be based on constitutive equations describing the thermo-mechanical behaviour of the material under any state of stress and any temperature which may arise within the sintering body. These equations can be drawn either from experimental data or from micromechanical models. The experiments usually consist in free sintering and sinter-forging tests. Indeed applying more complex loading conditions at high temperature under controlled atmosphere is delicate. Micromechanical models describe the constitutive behaviour of aggregates of spheres from the deformation of two-sphere contact either by viscous flow or grain boundary diffusion. Such models are not able to describe complex microstructure and mechanisms as observed in real materials but they can give some basic information on the formulation of constitutive equations. Practically both experimental and theoretical approaches can be coupled to identify the constitutive equations. Such procedure has been performed for modelling the sintering of compacts obtained by die pressing of a mixture of tungsten carbide and cobalt powders. The constitutive behaviour of this material during sintering has been described by a linear viscous constitutive model, whose functions have been fitted from results of free sintering and sinter-forging experiments. This model has next been introduced in ABAQUS finite element code to simulate the sintering of heterogeneous green compacts of various geometries at constant temperature. Examples of simulations are shown and compared with experiments.
Many novel materials exhibit a property of different elastic moduli in tension and compression. One such material is graphene, a wonder material, which has the highest strength yet measured. Investigations on buckling problems for structures with different moduli are scarce. To address this new problem, firstly, the nondimensional expression of the relation between offset of neutral axis and deflection curve is derived based on the phased integration method, and then using the energy method, load-deflection relation of the rod is determined; Secondly, based on the improved constitutive model for different moduli, large deformation finite element formulations are developed and combined with the arc-length method, finite element iterative program for rods with different moduli is established to obtain buckling critical loads; Thirdly, material mechanical properties tests of graphite, which is the raw material of graphene, are performed to measure the tensile and compressive elastic moduli, moreover, buckling tests are also conducted to investigate the buckling behavior of this kind of graphite rod. By comparing the calculation results of the energy method and finite element method with those of laboratory tests, the analytical model and finite element numerical model are demonstrated to be accurate and reliable. The results show that it may lead to unsafe results if the classic theory was still adopted to determine the buckling loads of those rods composed of a material having different moduli. The proposed models could provide a novel approach for further investigation of non-linear mechanical behavior for other structures with different moduli.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.9
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pp.1562-1570
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2003
The prediction of the inelastic behavior of the structure is an essential part of reliability assessment procedure, because most of the failures are induced by the inelastic deformation, such as creep and plastic deformation. During decades, there has been much progress in understanding of the inelastic behavior of the materials and a lot of inelastic constitutive equations have been developed. The complexity of these constitutive equations generally requires a stable and accurate numerical method. The radial return mapping is one of the most robust integration scheme currently used. Nonlinear kinematic hardening model of Armstrong-Fredrick type has recovery term and the direction of kinematic hardening increment is not parallel to that of plastic strain increment. In this case, The conventional radial return mapping method cannot be applied directly. In this investigation, we expanded the radial return mapping method to consider the nonlinear kinematic hardening model and implemented this integration scheme into ABAQUS by means of UMAT subroutine. The solution of the non-linear system of algebraic equations arising from time discretization with the generalized midpoint rule is determined using Newton method and bisection method. Using dynamic yield condition derived from linearization of flow rule, the integration scheme for elastoplastic and viscoplastic constitutive model was unified. Several numerical examples are considered to demonstrate the efficiency and applicability of the present method.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.23
no.1
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pp.81-94
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2010
This paper deals with the fracture simulation of UHPFRC girder with the interface type model. Based on the existing numerical simulation of quasi-brittle fracture in normal strength concrete, constitutive modeling for UHPFRC I-girder has been improved by including a tensile hardening at the failure surface. The finite element formulation is based on a triangular unit, constructed from constant strain triangles, with nodes along its sides and neither at the vertex nor the center of the unit. Fracture is simulated through a hardening/softening fracture constitutive law in tension, a softening fracture constitutive law in shear as well as in compression at the boundary nodes, with the material within the triangular unit remaining linear elastic. LCP is used to formulate the path-dependent hardening-softening behavior in non-holonomic rate form and a mathematical programming algorithm is employed to solve the LCP. The piece-wise linear inelastic yielding-failure/failure surface is modeled with two compressive caps, two Mohr-Coulomb failure surfaces, a tensile yielding surface and a tensile failure surface. The comparison between test results and numerical results indicates this method effectively simulates the deformation and failure of specimen.
Lee, Hye Min;Song, Jin Il;Kim, Jong Wook;Choi, Jae Yoon;Yoon, Byung Il;Woo, Seung-Buhm
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.33
no.4
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pp.148-159
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2021
This study estimates the region of freshwater influence (ROFI) by Han River discharge in the Yeomha channel, Gyeonggi Bay. A 3-D numerical model, which is validated for reproducibility of variation in current velocity and salinity, is applied in Gyeonggi Bay. Distance of freshwater influence (DOFI) is defined as the distance from the entrance of Yeomha channel to the point where surface salinity is 28 psu. Model scenarios were constructed by dividing the Han River discharge into 10 categories (200~10,000 m3/s). The relation equation between freshwater discharge and DOFI was calculated based on performing a non-linear regression analysis. ROFI in Yeomha channel expands from the southern sea area of Ganghwa-do to the northern sea area of Yeongheung-do as the intensity of Han River discharge increases. The discharge and DOFI are a proportional relationship, and the increase rate of DOFI gradually decreases as discharge increases. Based on the relation equation calculated in this study, DOFI in the Yeomha channel can be estimated through the monthly mean Han River discharge. Accordingly, it will be possible to respond and predict problems related to damage to water quality and ecology due to rapid freshwater runoff.
Hadianfard, Mohammad Ali;Eskandari, Fateme;JavidSharifi, Behtash
Steel and Composite Structures
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v.28
no.3
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pp.309-318
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2018
Buckling Restrained Braced (BRB) frames have been widely used as an efficient seismic load resisting system in recent years mostly due to their symmetric and stable hysteretic behavior and significant energy dissipation capacity. In this study, to provide a better understanding of the behavior of BRB frames with various beam-column connections, a numerical study using non-linear finite element (FE) analysis is conducted. All models are implemented in the Abaqus software package following an explicit formulation. Initially, the results of the FE model are verified with experimental data. Then, diverse beam-column connections are modeled for the sake of comparison from the shear capacity, energy dissipation and frame hysteresis behavior points of view until appropriate performance is assessed. The considered connections are divided into three different categories: (1) simple beam-column connections including connection by web angle and connection by seat angle; (2) semi-rigid connection including connection by web and seat angles; and (3) rigid beam-column connections by upper-lower beam plates and beam connections with web and flange splices. Results of the non-linear FE analyses show that these types of beam-column connections have little effect on the maximum story drift and shear capacity of BRB frames. However, the connection type has a significant effect on the amount of energy dissipation and hysteresis behavior of BRB frames. Also, changes in length and thickness of the angles in simple and semi-rigid connections and changes in length and thickness of plates in rigid connections have slight effects (less than 4%) on the overall frame behavior.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.32
no.3A
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pp.139-148
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2012
Circular concrete-filled tubes (CFTs) are composite members, which consists of a steel tube and concrete infill. CFTs have been used as building columns and bridge piers due to several advantages such as their strength-to-size efficiency and facilitation of rapid construction. Extensive experimental studies about CFT have been conducted for past decades. However experimental results alone are not sufficient to support the engineering of these components. Complementary advanced numerical models are needed to simulate the behavior of CFT to extend the experimental research and develop predictive tools required for design and evaluation of structural systems. In this study, a finite element modeling technique for CFT was developed. The confinement effects, and behavior of CFT subjected various types of loading predicted by the proposed finite element model for CFT were verified by comparing with test results.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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2002.10b
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pp.121-122
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2002
This paper presents contact behavior of an Polyperfluoroalkoxyethylene(PTFE) ring seals by a non-linear finite element method using the thermomechanical analysis. PTFE elastomer was assumed as odgen model for numerical analysis in FEM commercial code because elastomer has nonlinear behaviour character. The shape effects are investigated for sealing performance of ring seal in boundary conditions which as gas pressure, groove temperature and various O-ring seal models. Also contact stress and equivalent total strain are investicated. An O-ring seals was modeled four shape which are circle, two sunflower and X. The highest contact stress occurs at sunflower-ring seal with groove deapth of 0.35mm. the equivalent total strain of sunflower-ring seal is lower than that of the others under low gas pressure condition but under gas pressure condition over 4Mpa, that of sunflower-ring seal is higher. The calculated FEM results shows that the Sunflower-ring seal with groove depth of 0.35mm has excellent performance compared with other seal models.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.9
no.3
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pp.292-304
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2017
High-speed vessels are prone to the surf-riding in adverse quartering seas. The possibility of mitigating the surf-riding of the ITTC A2 fishing vessel in the design stage is investigated using the 6-DOF weakly non-linear model developed for surf-riding simulations in quartering seas. The longitudinal position of the ship's center of buoyancy (LCB) is chosen as the design parameter. The adjusting of LCB is achieved by changing frame area curves, and hull surfaces are reconstructed accordingly using the Radial Basis Function (RBF). Surf-riding motions in regular following seas for cases with different LCBs and Froude numbers are simulated using the numerical model. Results show that the surf-riding cannot be prevented by the adjusting of LCB. However, it occurs with a higher threshold speed when ship's center of buoyancy (COB) is moved towards stem compared to moving towards stern, which is mainly due to the differences on wave resistance caused by the adjusting of LCB.
In this research, the free vibration response of laminated composite plates is investigated using a novel and simple higher order shear deformation plate theory. The model considers a non-linear distribution of the transverse shear strains, and verifies the zero traction boundary conditions on the surfaces of the plate without introducing shear correction coefficient. The developed kinematic uses undetermined integral terms with only four unknowns. Equations of motion are obtained from the Hamilton's principle and the Navier method is used to determine the closed-form solutions of antisymmetric cross-ply and angle-ply laminates. Numerical examples studied using the present formulation is compared with three-dimensional elasticity solutions and those calculated using the first-order and the other higher-order theories. It can be concluded that the present model is not only accurate but also efficient and simple in studying the free vibration response of laminated composite plates.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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