Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2000.04a
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pp.38-42
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2000
In this study, the low velocity impact behavior of the composite laminates has been described by using 3 dimensional nonlinear finite elements. To describe the geometric nonlinearity due to large deformation, the dynamic contact problem is formulated using the exterior penalty finite element method on the base of Total Lagrangian formulation. The incremental decomposition is introduced, and the converged solution is attained by Newton-Raphson Method. The Newmark's constant-acceleration time integration algorithm is used. To make verification of the finite element program developed in this study, the solution of the nonlinear static problem with occurrence of large deformation is compared with ABAQUS, and the solution of the static contact problem with indentation is compared with the Hertz solution. And, the solution of low velocity impact problem for isotropic material is verificated by comparison with that of LS-DYNA3D. Finally the contact force of impact response from the nonlinear analysis are compared with those from the linear analysis.
The dynamic response of a finite Bernoulli-Euler beam resting on a tensionless Pasternak foundation and subjected to a concentrated harmonic load is investigated in this study. This load may be applied at the center of the beam, or it may be offset from the center. Since the elastic foundation is assumed to be tensionless, the beam may lift off the foundation, resulting in contact and non-contact regions in the system. An analytical/numerical solution is obtained from the governing equations of the contact and non-contact regions to determine the coordinates of the lift-off points. Although there is no nonlinear term in the equations, the problem appears to be nonlinear since the contact regions are not known in advance. Due to that nonlinearity, the essentials of the problem (the coordinates of the lift-off points) are calculated numerically using the Newton-Raphson technique. The results, which represent the symmetric and asymmetric responses of the beam, are presented graphically in this work. They illustrate the effects of the forcing frequency and the beam length on the extent of the contact regions and displacements.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.17
no.2
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pp.37-46
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2018
Present research is to evaluate and improve the sealing performance of the duct cap assembly for the ice dispensers through structural analysis. The nonlinear contact problems to check the sealing performance were analyzed using ANSYS software. The results of the analyses related to the sealing performance: the displacement distribution, the contact condition between the cap-silicon and the case, and the pressure distribution on the contact surface, were examined and discussed. Based on the results of the existing design of the duct cap assembly, two cases of the design modifications to improve the sealing performance were introduced. By examining the results of the two cases, a final design improvement plan was proposed and analyzed. It is shown that the sealing performance of the proposed final design is much more favorable than the existing design. The method of structural analysis and design improvement of the duct cap assembly presented in this paper will help improve the sealing performance of the ice dispenser duct caps.
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.
In this work, a new approach is developed for dynamic analysis of a composite beam with an interply crack, based on finite element solution of partial differential equations with the use of the COMSOL Multiphysics package, allowing for fast and simple change of geometric characteristics of the delaminated area. The use of COMSOL Multiphysics package facilitates automatic mesh generation, which is needed if the problem has to be solved many times with different crack lengths. In the model, a physically impossible interpenetration of the crack faces is prevented by imposing a special constraint, leading to taking account of a force of contact interaction of the crack faces and to nonlinearity of the formulated boundary value problem. The model is based on the first order shear deformation theory, i.e., the longitudinal displacement is assumed to vary linearly through the beam's thickness. The shear deformation and rotary inertia terms are included into the formulation, to achieve better accuracy. Nonlinear partial differential equations of motion with boundary conditions are developed and written in the format acceptable by the COMSOL Multiphysics package. An example problem of a clamped-free beam with a piezoelectric actuator is considered, and its finite element solution is obtained. A noticeable difference of forced vibrations of the delaminated and undelaminated beams due to the contact interaction of the crack's faces is predicted by the developed model.
Due to the fact that the mechanism of the effects of temperature and initial geometric imperfection on low-velocity impact problem of axially moving plates is not yet clear, the present paper is to fill the gap. In the present paper, the nonlinear dynamic behavior of axially moving imperfect graphene platelet reinforced metal foams (GPLRMF) plates subjected to lowvelocity impact in thermal environment is analyzed. The equivalent physical parameters of GPLRMF plates are estimated based on the Halpin-Tsai equation and the mixing rule. Combining Kirchhoff plate theory and the modified nonlinear Hertz contact theory, the nonlinear governing equations of GPLRMF plates are derived. Under the condition of simply supported boundary, the nonlinear control equation is discretized with the help of Gallekin method. The correctness of the proposed model is verified by comparison with the existing results. Finally, the time history curves of contact force and transverse center displacement are obtained by using the fourth order Runge-Kutta method. Through detailed parameter research, the effects of graphene platelet (GPL) distribution mode, foam distribution mode, GPL weight fraction, foam coefficient, axial moving speed, prestressing force, temperature changes, damping coefficient, initial geometric defect, radius and initial velocity of the impactor on the nonlinear impact problem are explored. The results indicate that temperature changes and initial geometric imperfections have significant impacts.
The static response of a finite beam resting on a tensionless Pasternak foundation and subjected to a concentrated vertical load is assessed in this study. The concentrated vertical load may be applied at the center of the beam, or it may be offset from the center. The tensionless character of the foundation results in the creation of lift-off regions between the beam and the foundation. An analytical/ numerical solution is obtained from the governing equations of the contact and lift-off regions to determine the extent of the contact region. Although there is no nonlinear term in the equations, the problem shows a nonlinear character since the contact region is not known in advance. Due to that nonlinearity, the essentials of the problem (the coordinates of the lift-off points) are calculated numerically using the Newton-Raphson technique. The numerical results are presented in figures to illustrate the behaviours of the free-free and pinned-pinned beams under symmetric or asymmetric loading. The figures illustrate the effects of the shear foundation parameter and the symmetric and asymmetric loading options on the variation of the contact lengths and the displacement of the beam.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.16
no.3
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pp.75-80
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2007
It is necessary to analyze the contact phenomena in order to effectively design the machine components with contact surfaces. In general, the contact action is highly nonlinear and irreversible because we cannot predict the contact regions and conditions. Recently, the finite element method is used to analyze the contact problem. In this paper, the contact element method is applied to avoid the mesh refinement and iterative calculation of general contact algorithms. By use of it, the deformation and stress concentration of turbo compressor rotor are computed. It shown that the contact element is convenient analysis and the results are relatively accurate.
We consider a mathematical model which describes the quasistatic contact of electro-viscoelastic rod with an obstacle. We use a modified Kelvin-Voigt viscoelastic constitutive law in which the elasticity operator is nonlinear and locally Lipschitz continuous, taking into account the piezoelectric effect of the material. We model the contact with a general damped response condition. We establish a local existence and uniqueness result of the solution by using arguments of time-dependent nonlinear equations and Schauder's fixed-point theorem and obtain a global existence for small enough data.
Park, Nam-Gyu;Jang, Young-Ki;Kim, Jae-Ik;Kim, Kyu-Tae
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2005.05a
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pp.436-439
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2005
Dynamic contact of a cantilever beam with Sap at the end is discussed. The gap in a structure induces dynamic contact, and the contact problem is always accompanied by inequality constraints which mean that the solution of the structure with contact condition should satisfy variational inequality. Inequality, but, can be reduced to equality condition considering convex penalty function. In this paper, formulation of a beam with contact is derived using quasi convex penalty function. General coordinate solution which is needed to increase computational efficiency is applied. Nonlinear behavior of a beam with rigid and elastic contact condition was discussed.
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