In this paper, time-continuous constitutive equations for strain rate-dependent materials are presented first, among which those for the overstress and the consistency viscoplastic models are considered. By allowing the stress states to be outside the yield surface, the overstress viscoplastic model directly defines the flow rule for viscoplastic strain rate. In comparison, a rate-dependent yield surface is defined in the consistency viscoplastic model, so that the standard Kuhn-Tucker loading/unloading condition still remains true for rate-dependent plasticity. Based on the formulation of the consistency viscoplasticity, a computational elasto-viscoplastic constitutive model is proposed for the short fiber-reinforced fresh cementitious paste for extrusion purpose. The proposed constitutive model adopts the von-Mises yield criterion, the associated flow rule and nonlinear strain rate-hardening law. It is found that the predicted flow stresses of the extrudable fresh cementitious paste agree well with experimental results. The rate-form constitutive equations are then integrated into an incremental formulation, which is implemented into a numerical framework based on ANSYS/LS-DYNA finite element code. Then, a series of upsetting and ram extrusion processes are simulated. It is found that the predicted forming load-time data are in good agreement with experimental results, suggesting that the proposed constitutive model could describe the elasto-viscoplastic behavior of the short fiber-reinforced extrudable fresh cementitious paste.
A finite element program is developed to analyze the flow phenomena in SMC compression molding as a viscoplastic model. The calculation of temperature distribution is also carried out by uncoupling the thermal analysis from the flow analysis. SMC molding processes with a flat plate substructure and the one with a T-shaped rib are considered in numerical simulation. The numerical results provide deformed shapes, temperature distribution in a SMC charge, and the forming load. The simulation of compression molding of a flat plate with a T-shaped rib requires a remeshing technique for the whole process.
Rheological behaviour of fresh concrete is an important factor in controlling concrete quality. It is recognized that the measurement of the slump is not a sufficient test method to adequately characterize the rheology of fresh concrete. To further understand the slump measurement and its relationship to the rheological properties, an elasto-viscoplastic, 2-D axisymmetric finite element (FE) model is developed. The FE model employs the Bingham material model to simulate the flow of a slump test. An experimental program is carried out using the Slump Rate Machine (SLRM_II) to evaluate the finite element simulation results. The simulated slump-versus-time curves are found to be in good agreement with the measured data. A sensitivity study is performed to evaluate the effects of yield stress, plastic viscosity and cone withdrawal rate on the measured flow curve using the FE model. The results demonstrate that the computed yield stress compares well with reported experimental data. The flow behaviour is shown to be influenced by the yield stress, plastic viscosity and the cone withdrawal rate. Further, it is found that the value of the apparent plastic viscosity is different from the true viscosity, with the difference depending on the cone withdrawal rate. It is also confirmed that the value of the final slump is most influenced by the yield stress.
This paper addresses a viscoplastic constitutive model that allows a consistent way of modeling positive and negative rate sensitivities of flow stress concerned with dynamic strain aging. Based on the concept of continuum mechanics, a phenomenological constitutive model includes the use of a yield surface within the framework of unified viscoplasticity theory. To model negative rate sensitivity, rate-dependent back stress is introduced and flow stress in fully developed inelastic deformation regime is thus decomposed into the plastic contribution of rate independency and the viscous one of rate dependency.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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1992.03a
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pp.177-200
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1992
A thermo-viscoplastic finite element program was developed to analyze the compression molding of SMC process. Deformation of the material was modelled by using the flow-rule. Heat balance during the process was coupled to the deformation. In the cure study, a kinetic model was adopted to describe the cure behavior. The numerical kinetic model was integrated with the thermo-viscoplastic numerical analysis by adding heat generation due to the chemical reaction of the workpiece in the heat transfer analysis. The integrated finite element program can simulate a whole sequential molding process including deformation, heat transfer, and chemical reaction. A practical SMC molding process with T-shaped substructure was simulated. The simulated results showed good agreements with experiments.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.14
no.8
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pp.82-91
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1997
The major objective of this study is to establish analytical technique in order to analyze the behaviour of semi-solid material considering induction heating of the billet. Induction heating process is analyzed by using commerical finite element software. ANSYS. The finite element program, SFAC2D, for the simulation of deformation in semi-solid state is developed in the present study. The semi-solid behaviour is described by a viscoplastic model for the solid phase, and by the Darcy's law for the liquid flow. Simple compression and closed-die compression process considering induction heating are analyzed, and also it is found that the distribution of initial solid fraction of the billet has an important effect on deformation behaviour of semi-solid material. In order to verify the effectiveness of proposed analytical technique the simulation result is compared with experimental result.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.20
no.12
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pp.3715-3727
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1996
Compression behavior of semi-solid aluminum alloys with controlled solid fractions was investigated in the present study. The stress and strain relationships were obtained from the compression test. Variations of the solid fraction distribution and the material behaviour were investigated for various friction coeffieiants and die speedsd. For a finite element analysis, the semi-solid material was described by a compressible regid viscoplastic model for the solid region and darcy's law for the liquid region. The computed results were compared with experimental data for the validity of the yield criteria.
Kawai, M.;Zhang, J.Q.;Saito, S.;Xiao, Y.;Hatta, H.
Advanced Composite Materials
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v.18
no.3
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pp.265-285
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2009
Off-axis compressive deformation behavior of a unidirectional CFRP laminate at high temperature and its strain-rate dependence in a quasi-static range are examined for various fiber orientations. By comparing the off-axis compressive and tensile behaviors at an equal strain rate, the effect of different loading modes on the flow stress level, rate-dependence and nonlinearity of the off-axis inelastic deformation is elucidated. The experimental results indicate that the compressive flow stress levels for relatively larger off-axis angles of $30^{\circ}$, $45^{\circ}$ and $90^{\circ}$ are about 50 percent larger than in tension for the same fiber orientations, respectively. The nonlinear deformations under off-axis tensile and compressive loading conditions exhibit significant strain-rate dependence. Similar features are observed in the fiber-orientation dependence of the off-axis flow stress levels under tension and compression and in the off-axis flow stress differential in tension and compression, regardless of the strain rate. A phenomenological theory of viscoplasticity is then developed which can describe the tension-compression asymmetry as well as the rate dependence, nonlinearity and fiber orientation dependence of the off-axis tensile and compressive behaviors of unidirectional composites in a unified manner. It is demonstrated by comparing with experimental results that the proposed viscoplastic constitutive model can be applied with reasonable accuracy to predict the different, nonlinear and rate-dependent behaviors of the unidirectional composite under off-axis tensile and compressive loading conditions.
Using a Rheometrics Fluids Spectrometer(RFS II), the steady shear flow and the small-amplitude dynamic viscoelastic properties of three kinds of semi-solid food materials(mayonnaise, tomato ketchup, and wasabi) have been measured over a wide range of shear rates and angular frequencies. The shear rate dependence of steady flow behavior and the angular frequency dependence of dynamic viscoelastic behavior were reported from the experimentally measured data. In addition, some viscoplastic flow models with a yield stress term were employed to make a quantitative evaluation of the steady flow behavior, and the applicability of these models was also examined in detail. Furthermore, the correlations between steady shear flow(nonlinear behavior) and dynamic viscoelastic(linear behavior)properties were discussed using the modified power-law flow equations. Main results obtained from this study can be summarized as follows : (1) Semi-solid food materials are regarded as viscoplastic fluids having a finite magnitude of yield stress, and their flow behavior shows shear-thinning characteristics, exhibiting a decrease in steady flow viscosity with increasing shear rate. (2) The Herschel-Bulkley, Mizrahi-Berk, and Heinz-Casson models are all applicable to describe the steady flow behavior of semi-solid food materials. Among these models, the Heinz-Casson model has the best validity. (3) Semi-solid food materials show a stronger shear-thinning behavior at shear rate region higher than a critical shear rate where a more progressive structure breakdown takes place. (4) Both the storage and loss moduli are increased with increasing angular frequency, but they have a slight dependence on angular frequency. The elastic behavior is dominant to the viscous behavior over a wide range of angular frequencies. (5) All of the steady flow, dynamic, and complex viscosities are well satisfied with the power-law model behavior. The relationships between steady shear flow and dynamic viscoelastic properties can well be described by the modified forms of the power-law flow equations.
The metal forming processes of aluminum alloy wheel forging at elevated temperature are analyzed by the finite element method. A coupled thermo-mechanical model for analysis of plastic deformation and geat transfer is adapted in the finite element formulation. In order to consider the strain-rate effects on material properties and the flow stress dependence on temperatures, rigid-viscoplasticity is introduced in this formation. In this paper, several process conditions were applied to the dimulation such as die speed, rib thickness, and depth of die cavity. Simulation results are compared, and discussed with each case. Metal flow, die pressure distributions, temperature distributions, velocity fields and forging loads are summarized as basic data for process design and selection of a proper press equipment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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