In finite element method (FEM) simulations, constitutive models are widely used and developed to represent a wide range of true stress-strain curves using a small number of modeling parameters. Nevertheless, many studies has been conducted to find a suitable constitutive model and optimal modeling parameters to represent experimentally obtained true stress-strain curves. Therefore, in this study, a new constitutive modeling approach using the combined Swift and Voce model is suggested, and confirmed through comparisons of the experimental results with the FEM simulation results.
Do, Xuan Nam;Ibrahimbegovic, Adnan;Brancherie, Delphine
Coupled systems mechanics
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v.4
no.3
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pp.211-235
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2015
In this work we present a one-dimensional damage model capable of representing the dynamic fracture for elastodamage bar with combined hardening in fracture process zone - FPZ and softening with embedded strong discontinuities. This model is compared with another one we recently introduced (Do et al. 2015) and it shows a good agreement between two models. Namely, it is indicated that strain-softening leads to a sensitivity of results on the mesh discretization. Strain tends to localization in a single element which is the smallest possible area in the finite element simulations. The strain-softening element in the middle of the bar undergoes intense deformation. Strain increases with increasing mesh refinement. Strain in elements outside the strain-softening element gradually decreases to zero.
Kim, Jun-Young;Lee, Jong Min;Park, Jun Geun;Kim, Jong-Sung;Cho, Min Ki;Ahn, Sang Won;Koo, Gyeong-Hoi;Lee, Bong Hee;Huh, Nam-Su;Kim, Yun-Jae;Kim, Jong-In;Nam, Il-Kwun
Nuclear Engineering and Technology
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v.54
no.1
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pp.343-356
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2022
As a part of round robin analysis to develop a finite element elastic-plastic seismic analysis procedure for nuclear safety class 1 components, a series of parametric analyses was carried out on the simulated pressurizer surge line system model to investigate sensitivity of the analysis results to finite element analysis variables. The analysis on the surge line system model considered dynamic effect due to the seismic load corresponding to PGA 0.6 g and elastic-plastic material behavior based on the Chaboche combined hardening model. From the parametric analysis results, it was found that strains such as accumulated equivalent plastic strain and equivalent plastic strain are more sensitive to the analysis variables than von Mises effect stress. The parametric analysis results also identified that finite element density and ovalization option in the elbow elements have more significant effect on the analysis results than the other variables.
Purpose: This study intends to develop a nonlinear cyclic plasticity damage model in the framework of finite element formulation, which is capable of taking large deformation effects into account, in order to accurately predict the hysteretic behavior of stainless steel structures. Method: The new cyclic constitutive equations that utilize the combined isotropic-kinematic hardening rule for plastic deformation is incorporated into the damage mechanic model in conjunction with the large strain formulation. The damage growth law is based on the experimental observations that the evolution of microvoids yields nonlinear damage accumulation with plastic deformation. The damage model parameters and the procedure for their identification are presented. Results and Conclusion: The proposed nonlinear damage model has been verified by simulating uniaxial strain-controlled monotonic and cyclic loading tests, and successfully applied to a thin-walled stainless steel pipe subjected to constant and alternating strain-controlled cyclic loadings.
Zhang, Benjiao;Mei, Can;Huang, Bin;Fu, Xudong;Luo, Gang;Lv, Bu
Geomechanics and Engineering
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v.12
no.4
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pp.611-626
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2017
The research reported herein is concerned with the model testing of piles socketed in soft rock which was simulated by cement, plaster, sand, water and concrete hardening accelerator. Model tests on a single pile socketed in simulated soft rock under axial cyclic loading were conducted and the bearing capacity and accumulated deformation characteristics under different static, and cyclic loads were studied by using a device which combined oneself-designed test apparatus with a dynamic triaxial system. The accumulated deformation of the pile head, and the axial force, were measured by LVDT and strain gauges, respectively. Test results show that the static load ratio (SLR), cyclic load ratio (CLR), and the number of cycles affect the accumulated deformation, cyclic secant modulus of pile head, and ultimate bearing capacity. The accumulated deformation increases with increasing numbers of cycles, however, its rate of growth decreases and is asymptotic to zero. The cyclic secant modulus of pile head increases and then decreases with the growth in the number of cycles, and finally remains stable after 50 cycles. The ultimate bearing capacity of the pile is increased by about 30% because of the cyclic loading thereon, and the axial force is changed due to the applied cyclic shear stress. According to the test results, the development of accumulated settlement is analysed. Finally, an empirical formula for accumulated settlement, considering the effects of the number of cycles, the static load ratio, the cyclic load ratio and the uniaxial compressive strength, is proposed which can be used for feasibility studies or preliminary design of pile foundations on soft rock subjected to cyclic loading.
In this study, a numerical method for the material nonlinear analysis of reinforced concrete shell structures including the time dependent effects due to creep and shrinkage is developed. Degenerate shell elements with the layered approach are used. The perfect or strain hardening plasticity model in compression and the linearly elastic model in tension until cracking for concrete are employed. The reinforcing bars are considered as a steel layer of equivalent thickness. Each :steel layer has an uniaxial behaviour resisting only the axial force in the bar direction. A bilinear idealization is adopted to model elasto-plastic stress-strain relationships. For the nonlinear anaysis, incremental load method combined with unbalanced load iterations for each load increment is used. To include time dependent effects of concrete, time domain is divided into several time steps which may have different length. Some numerical examples are presented to study the validity and applicability of the present method. The results are compared with experimental and numerical results obtained by other investigator.
Stainless-clad (SC) bimetallic steels that are manufactured by metallurgically bonding stainless steels as cladding metal and conventional mild steels as substrate metal, are kind of advanced steel plate products. Such advanced composite steels are gaining increasingly widespread usage in a range of engineering structures and have great potential to be used extensively for large civil and building infrastructures. Unfortunately, research work on the SC bimetallic steels from material level to structural design level for the applications in structural engineering field is very limited. Therefore, the aim of this paper is to investigate the material behaviour of the SC bimetallic steels under the cyclic loading which structural steels usually could encounter in seismic scenario. A number of SC bimetallic steel coupon specimens are tested under monotonic and cyclic loadings. The experimental monotonic and cyclic stress-strain curves of the SC bimetallic steels are obtained and analysed. The effects of the clad ratio that is defined as the ratio of the thickness of cladding layer to the total thickness of SC bimetallic steel plate on the monotonic and cyclic behaviour of the SC bimetallic steels are studied. Based on the experimental observations, a cyclic constitutive model with combined hardening criterion is recommended for numerical simulation of the cyclic behaviour of the SC bimetallic steels. The parameters of the constitutive model for the SC bimetallic steels with various clad ratios are calibrated. The research outcome presented in this paper may provide essential reference for further seismic analysis of structures fabricated from the SC bimetallic steels.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.20
no.4
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pp.7-11
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2013
As thermosonic ball bonding is developed for more and more advanced applications in the electronic packaging industry, the control of process stresses induced on the integrated circuits becomes more important. If Cu bonding wire is used instead of Au wire, larger ultrasonic levels are common during bonding. For advanced microchips the use of Cu based wire is risky because the ultrasonic stresses can cause chip damage. This risk needs to be managed by e.g. the use of ultrasound during the impact stage of the ball on the pad ("pre-bleed") as it can reduce the strain hardening effect, which leads to a softer deformed ball that can be bonded with less ultrasound. To find the best profiles of ultrasound during impact, a numerical model is reported for ultrasonic bonding with capillary dynamics combined with a geometrical model describing ball deformation based on volume conservation and stress balance. This leads to an efficient procedure of ball bond modelling bypassing plasticity and contact pairs. The ultrasonic force and average stress at the bond zone are extracted from the numerical experiments for a $50{\mu}m$ diameter free air ball deformed by a capillary with a hole diameter of $35{\mu}m$ at the tip, a chamfer diameter of $51{\mu}m$, a chamfer angle of $90^{\circ}$, and a face angle of $1^{\circ}$. An upper limit of the ultrasonic amplitude during impact is derived below which the ultrasonic shear stress at the interface is not higher than 120 MPa, which can be recommended for low stress bonding.
Esmaeilzadeh, Mostafa;Golmakani, Mohammad Esmaeil;Kadkhodayan, Mehran;Amoozgar, Mohammadreza;Bodaghi, Mahdi
Advances in nano research
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v.10
no.2
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pp.151-163
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2021
The main target of this study is to investigate nonlinear transient responses of moving polymer nano-size plates fortified by means of Graphene Platelets (GPLs) and resting on a Winkler-Pasternak foundation under a transverse pressure force and a temperature variation. Two graphene spreading forms dispersed through the plate thickness are studied, and the Halpin-Tsai micro-mechanics model is used to obtain the effective Young's modulus. Furthermore, the rule of mixture is employed to calculate the effective mass density and Poisson's ratio. In accordance with the first order shear deformation and von Karman theory for nonlinear systems, the kinematic equations are derived, and then nonlocal strain gradient scheme is used to reflect the effects of nonlocal and strain gradient parameters on small-size objects. Afterwards, a combined approach, kinetic dynamic relaxation method accompanied by Newmark technique, is hired for solving the time-varying equation sets, and Fortran program is developed to generate the numerical results. The accuracy of the current model is verified by comparative studies with available results in the literature. Finally, a parametric study is carried out to explore the effects of GPL's weight fractions and dispersion patterns, edge conditions, softening and hardening factors, the temperature change, the velocity of moving nanoplate and elastic foundation stiffness on the dynamic response of the structure. The result illustrates that the effects of nonlocality and strain gradient parameters are more remarkable in the higher magnitudes of the nanoplate speed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.10
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pp.1057-1068
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2014
This paper proposes elastic-plastic constitutive relations for a composite material with two phases-inclusion and matrix phases-using a homogenization scheme. A thermodynamic framework is employed to develop non-local plasticity constitutive relations, which are specifically represented in terms of the second-order gradient terms of the internal state variables. A combined two back-stress evolution equation is also established and the degradation of the state and internal variables is expressed by continuum damage mechanics in terms of the damage factor. Then, deformation localization is analyzed; the analysis results show that the proposed model yields a wide range of shear band formation behaviors depending on the evolution of the specific internal state variables. The analysis results also show good agreement with the results of simplified Rice instability analyses.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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