It is important to understand the characteristics of material strength and fracture under the dynamic loading like as earthquakes to assure the integrity of welded structures. The characteristics of dynamic strength and fracture in structural steels and their welded joints should be evaluated based on the effects of the strain rate and the service temperature. It is difficult to predict or measure temperature rise history with the corresponding stress-strain behavior. In particular, material behaviors beyond the uniform elongation can not be precisely evaluated, though the behavior at large strain region after the maximum loading point is much important for the evaluation of fracture. In this paper, the coupling phenomena of temperature and stress-strain fields under the dynamic loading was simulated by using the finite element method. The modified rate-temperature parameter was defined by accounting for the effect of temperature rise under the dynamic deformation, and it was applied to the fully-coupled analysis between heat conduction and thermal elastic-plastic behavior. Temperature rise and stress-strain behavior including complicated phenomena were studies after the maximum loading point in structural steels and their undermatched joints and compared with the measured values.
This paper introduces a novel method to quantify the morphological evolution of the strain response envelope. The strain response envelope is defined as an image in strain increment space corresponding to the unit stress input in stress space. Based on the shape of strain response envelopes, the deformation characteristics of soils can be described using the framework of elastic-plastic theory. Fourier descriptor analysis was used to investigate the morphological characteristics of strain response envelopes. The numerical results show that when the stress input remains in the initial yield surface the Fourier descriptors remain constant. Once the stress input crosses the initial yield surface, every descriptors deals in this study change. Numerical and experimental results of this study show that clear yielding response is only found in natural block samples. Among the Fourier descriptors, the descriptor called as asymmetry is the best for detecting the yield and is minimally sensitive to the number of input stress paths.
Generally, analytical consideration on the behaviour of metallic structures during quenching process, and analysis on the thermal stress and deformation after heat treatment are very important in presumption of crack and distorsion of quenched material. In this study a set of constitute equations relevant to the analysis of thermo elasto-viscoplastic materials with strain hysteresis during quenching process way presented on the basis of contimuum thermo-dynamics mechanics. The thermal stresses were numerically calculated by finite element technique of weighted residual method and the principle of virtual work. In the calculation process, the temperature depandency of physical and mechaniclal properties of the material in consideration. On the distribution of elasto-viscoplastic thermal stresses according to radial direction, axial and tangential stress are tensile stress(50MPa, 1.5GPa and 300MPa) in surface and compressive stress(-1.2GPa, -1.14GPa and -750MPa) in the inner part on the other hand, radial stress is tensile stress(900MPa) in area of analysis. According to axial direction, tangential stress gradients are average 60MPa/mm on the whole. The reversion of stress takes place at 11.5 to 16.8mm from the center in area of analysing.
A thermal distortion analysis which takes strains directly as boundary conditions removed barrier of analysis time for the evaluation of welding distortion in a large shell structure like ship block. If the FE analysis time is dramatically reduced, the structure modeling time or the input-value calculating time will become a new issue. On the contrary to this, if the calculation time of analysis input-value is dramatically reduced and its results also are more meaningful, a little longer analysis time could be affirmative. In this study, instead of using inherent strain based on elastic analysis, a thermal strain based on elasto-plastic analysis is used as the boundary condition of weldments in order to evaluate the welding distortion. Here, the thermal strain at the weldment was established by using a stress-strain curve established from the test results. It is possible to automatically recognize the modeling induced-stiffness in the shrinkage direction of welded or heated region. The validity of elasto-plastic thermal distortion analysis was verified through the experiment results with various welding sequence.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.4
no.2
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pp.80-89
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1996
Fatigue life of a notched shaft was evaluated in order to estimate the durability and integrity of the notched shaft in design stage. Cumulative fatigue dama- ge analysis was performed using local strain approach based on the assumption that the fatigue life of a notched component is approximately same as that of a smooth specimen is subjected to the same strain at the notched component. In this paper, shafts with different notch root radius of 1, 2㎜ resulting in different values of stress concentration factors were tested under||rotating bending fatigue loading condition. Theoretical stress concentration factor for each notch type was calculated using finite element method. Fatigue life prediction program, FALIPS, written in C language was developed using the strain-life curve, and the local strain approach integrating Neuber's rule, cyclic stress-strain, and hysteresis loop equations. The fatigue life evaluated using the fatigue notch factor obtained from the experimentally determined fatigue strength showed very large scattering with nonconservatism, but the fatigue notch factors derived from the stress concentration factors and Peterson's equation reduced the considerablely accurate fatigue life evaluation within a factor of three.
The ratcheting characteristics of cylindrical shell under cyclic axial loading are investigated. The specimens are subjected to stress-controlled cycling with non-zero mean stress, which causes the accumulation of plastic strain or ratcheting behavior in continuous cycles. Also, cylindrical shell shows softening behavior under symmetric axial strain-controlled loading and due to the localized buckling, which occurs in the compressive stress-strain curve of the shell; it has more residual plastic strain in comparison to the tensile stress-strain hysteresis curve. The numerical analysis was carried out by ABAQUS software using hardening models. The nonlinear isotropic/kinematic hardening model accurately simulates the ratcheting behavior of shell. Although hardening models are incapable of simulating the softening behavior of the shell, this model analyzes the softening behavior well. Moreover, the model calculates the residual plastic strain close to the experimental data. Experimental tests were performed using an INSTRON 8802 servo-hydraulic machine. Simulations show good agreement between numerical and experimental results. The results reveal that the rate of plastic strain accumulation increases for the first few cycles and then reduces in the subsequent cycles. This reduction is more rapid for numerical results in comparison to experiments.
In order to investigate shear behavior of granular materials due to excavation and associated unloading actions, load-controlled plane strain compression tests under decreasing confining pressure were performed under drained conditions and the results were compared with the conventional plane strain compression tests. Four types of granular material consisting of two quartz sands and two glass beads were used to investigate particle shape effects. It is clarified that macro stress-strain behavior is more easily influenced by stress level and stress path in sands than in glass beads. Development of localized deformation was analyzed using photogrammetry method. It was found that shear bands are generated before peak strength and shear band patterns vary during the whole shearing process. Under the same test condition, shear band thickness in the two sands was smaller than that in one type of glass beads even if the materials have almost the same mean particle size. Shear band thickness also decreased with increase of confining pressure regardless of particle shape or size. Local maximum shear strain inside shear band grew approximately linearly with global axial strain from onset of shear band to the end of softening. The growth rate is found related to shear band thickness. The wider shear band, the relatively lower the growth rate. Finally, observed shear band inclination angles were compared with classical Coulomb and Roscoe solutions and different results were found for sands and glass beads.
The formability of magnesium alloy sheets at room temperature is generally low because of the inherently limited number of slip systems, but higher at temperatures over $150^{\circ}C$. Therefore, prior to the practical application of these materials, the forming limits should be evaluated as a function of the temperature and strain rate. This can be achieved experimentally by performing a series of tests or analytically by deriving the corresponding modeling approaches. However, before the formability analysis can be conducted, a model of flow stress, which includes the effects of strain, strain rate and temperature, should be carefully identified. In this paper, such procedure is carried out for Mg alloy AZ31 and the concept of flow stress surface is proposed. Experimental flow stresses at four temperature levels ($150^{\circ}C$, $200^{\circ}C$, $250^{\circ}C$, $300^{\circ}C$) each with the pre-assigned strain rate levels of $0.01s^{-1}$, $0.1s^{-1}$ and $1.0s^{-1}$ are collected in order to establish the relationships between these variables. The temperature-compensated strain rate parameter which combines, in a single variable, the effects of temperature and strain rate, is introduced to capture these relationships in a compact manner. This study shows that the proposed concept of flow stress surface is practically relevant for the evaluation of temperature and strain dependent formability.
In this study, nonlinear analyses of prestressed concrete(PSC) test beams for inservice inspection of prestressed concrete containments for CANDU nuclear power plants are presented. In the analysis the material nonlinearities of concrete, rebar and prestressing steel are used. To reduce the numerical instability with respect to the used finite element mesh size, the tension stiffening effect has been considered. For concrete, the tensile stress-strain relationship derived from tests is modified and the stress-strain curve of rebar is assumed as a simple bilinear model. The stress-strain curve of prestressing steel is applied as a multilineal curve with the first straight line up to 0.8fpu. To prove the validity of the applied material models, the behavior and strength of the PSC test specimens tested to failure have been evaluated. A reasonable agreement between the experimental results and the predictions is obtained. Parametric studies on the tension stiffening effects, the impact of prestressing losses with time, and the compressive strength of concrete have been conducted.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.13
no.8
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pp.3352-3357
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2012
In this paper, 3-dimensional designing program CATIA was used to design in order to investigate causes of a fire in a boiler using synthetic heat transfer fluid. And also structural analysis was conducted to the boiler by using 3-dimensional finite element code, ANSYS. Maximum temperature, maximum stress, and maximum strain were obtained at the normal condition and after fire.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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