Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.10
no.4
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pp.206-215
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1993
The finite element method is applied to analyze the mechanism of metal cutting, especially micro metal cutting. This paper introduces some effects, such as constitutive deformation laws of workpiece material, friction of tool-chip contact interfaces, tool rake angle and also simulate the cutting process, chip formation and geometry, tool-chip contact, reaction force of tool. Under the usual plane strain assumption, quasi-static analysis were performed with variation of tool-chip interface friction coefficients and tool rake angles. In this analysis, cutting speed, cutting depth set to 8m/sec, 0.02mm, respectively. Some cutting parameters are affected to cutting force, plastic deformation of chip, shear plane angle, chip thickness and tool-chip contact length and reaction forces on tool. Several aspects of the metal cutting process predicted by the finite element analysis provide information about tool shape design and optimal cutting conditions.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.13
no.2
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pp.253-265
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1993
This paper presents a numerical method for implementing a nonlinear constitutive material model developed by Lade, into a finite element computer program. The techniques used are based on the displacement method for the solution of axial symmetric and plane strain nonlinear boundary value problems. Laboratory behaviour of Baekma river sand(#40-60) is used to illustrate the determination of the parameters and verification of the model. Computer procedure is developed to determine the material parameters for the nonlinear model from the raw laboratory test data. The model is verified by comparing its predictions with observed data used for the determination of the parameters and then with observed data not used for the determination. Three categories of tests are carried out in the back-prediction exercise; (1) A hydrostatic test including loading and unloading response, (2) Conventional triaxial drained compression tests at three different confining pressure and (3) A model strip footing test not including in the evaluation of material parameters. Pertinent observations are discussed based on the comparison of predicted response and experimental data.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.12
no.2
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pp.21-33
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1992
Under the intense-impulsive loading, structures are subjected to the wide range of pressures at an instantaneous time. The constitutive laws capable to describe the material behavior under the extreme pressure as well as the low pressure are necessary for the analysis of the structural behavior under the intense -impulsive loadings. In this study, two plastic models, the pressure independent Von-Mises model and the pressure dependent Drucker-Prager model, are employed for the wave propagation analysis. Governing equations of this study are conservation equations of momentum and mass in Lagrangian coordinate system which is fixed to the material. Due to the shock-front which violates the continuity assumptions inherent in the differential equations numerical artificial viscosity is used to spread the shock front over several computational zones. These equations are solved by Finite Difference Method with discretized time and space coordinates. The associate normality flow rule as a plastic theory is implemented to find the plastic strains.
In the present paper, the fiber theory has been employed to model the reinforced concrete (RC) deep beams (DBs) considering the reinforcing steel bar-concrete interaction. To simulate numerically the behavior of materials, the uniaxial materials' constitutive laws have been employed for reinforcements and concrete and the bond stress-slip between the reinforcing steel bars and surrounding concrete are taken into account. Because of the high sensitivity of DBs to shear deformations, the Timoshenko beam theory has been applied. The shear stress-strain (S-SS) relationship has been defined by the modified compression field theory (MCFT) model. By modeling about 300 RC panels and employing a produced numerical database, a study has been carried out to show the sensitivity of the MCFT model. This is performed based on the multiple linear regression (MLR) models. The results of this research also illustrate how different parameters such as characteristic compressive strength of concrete, yield strength of reinforcements and the percentages of reinforcements in different directions get involved in the shear behavior of RC panels without applying complex theories. Based on the results obtained from the analysis of the MCFT S-SS model, a relatively simplified numerical S-SS model has been proposed. Application of the proposed S-SS model in modeling and analyzing the considered samples indicates that there is a good agreement between the simulated and the experimental test results. The comparison between the proposed S-SS model and the MCFT model indicates that in addition to the advantage of better accuracy, the main advantage of the proposed method is simplicity in application.
The rapid motion of granular material is microscopically observed, and investigated by continuum theory. From the binary collision phenomenon two different times are introduced : flying time and contact time. The former says the non -stationary motion and at a same time the variation of bulk volume. The latter is operative by a delayed time during the contact and describes the elastic properties of granular material. With both times a dynamic constitutive equation is postulated for four state variables : dispersive pressure, viscosity, thermal diffusivity and energy annihilation rate. The balance laws of mass, momentum and energy which are represented through above four variabls, are applied to the model, in which due to the elastic property the relaxation and energy absorption are explained.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.5
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pp.795-802
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2002
For assessing significance of a defect in a component operating at high (creeping) temperatures, accurate estimation of fracture mechanics parameter, $C^{*}$-integral, is essential. Although the J estimation equation in the GE/EPRl handbook can be used to estimate the $C^{*}$-integral when the creep -deformation behavior can be characterized by the power law creep, such power law creep behavior is a very poor approximation for typical creep behaviors of most materials. Accordingly there can be a significant error in the $C^{*}$-integral. To overcome problems associated with GE/EPRl approach, the reference stress approach has been proposed, but the results can be sometimes unduly conservative. In this paper, a new method to estimate the $C^{*}$-integral for deflective components is proposed. This method improves the accuracy of the reference stress approach significantly. The proposed calculations are then validated against elastic -creep finite element (FE) analyses for four different cracked geometries following various creep -deformation constitutive laws. Comparison of the FE $C^{*}$-integral values with those calculated from the proposed method shows good agreements.greements.
Starting with the geometrically non-linear formulation and the subsequent linearization, this paper presents a consistent formulation of the exact mechanical analysis of geometrically and materially linear three-layer continuous planar beams. Each layer of the beam is described by the geometrically linear beam theory. Constitutive laws of layer materials and relationships between interlayer slips and shear stresses at the interface are assumed to be linear elastic. The formulation is first applied in the analysis of a three-layer simply supported beam. The results are compared to those of Goodman and Popov (1968) and to those obtained from the formulation of the European code for timber structures, Eurocode 5 (1993). Comparisons show that the present and the Goodman and Popov (1968) results agree completely, while the Eurocode 5 (1993) results differ to a certain degree. Next, the analytical solution is used in formulating a general procedure for the analysis of layered continuous beams. The applications show the qualitative and quantitative effects of the layer and the interlayer slip stiffnesses on internal forces, stresses and deflections of composite continuous beams.
Reinforced concrete corbels are generally used to transfer loads within a structural system, such as buildings, bridges, and facilities in general. They commonly present low aspect ratio, requiring an accurate model for shear strength prediction in order to promote flexural behavior. The model described here, originally developed for walls, was adapted for corbels. The model is based on a reinforced concrete panel, described by constitutive laws for concrete and steel and applied in a fixed direction. Equilibrium in the orthogonal direction to the shearing force allows for the estimation of the shear stress versus strain response. The original model yielded conservative results with important scatter, thus various modifications were implemented in order to improve strength predictions: 1) recalibration of the strut (crack) direction, capturing the absence of transverse reinforcement and axial load in most corbels, 2) inclusion of main (boundary) reinforcement in the equilibrium equation, capturing its participation in the mechanism, and 3) decrease in aspect ratio by considering the width of the loading plate in the formulation. To analyze the behavior of the theoretical model, a database of 109 specimens available in the literature was collected. The model yielded an average model-to-test shear strength ratio of 0.98 and a coefficient of variation of 0.16, showing also that most test variables are well captured with the model, and providing better results than the original model. The model strength prediction is compared with other models in the literature, resulting in one of the most accurate estimates.
Kh., Hind M.;Ozakca, Mustafa;Ekmekyapar, Talha;Kh., Abdolbaqi M.
Computers and Concrete
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v.18
no.5
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pp.999-1018
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2016
Enhanced tensile properties of fiber reinforced concrete make it suitable for strengthening of reinforced concrete elements due to their superior corrosion resistance and high tensile strength properties. Recently, the use of fibers as strengthening material has increased motivating the development of numerical tools for the design of this type of intervention technique. This paper presents numerical analysis results carried out on a set of concrete beams reinforced with short fibers. To this purpose, a database of experimental results was collected from an available literature. A reliable and simple three-dimensional Finite Element (FE) model was defined. The linear and nonlinear behavior of all materials was adequately modeled by employing appropriate constitutive laws in the numerical simulations. To simulate the fiber reinforced concrete cracking tensile behavior an approach grounded on the solid basis of micromechanics was used. The results reveal that the developed models can accurately capture the performance and predict the load-carrying capacity of such reinforced concrete members. Furthermore, a parametric study is conducted using the validated models to investigate the effect of fiber material type, fiber volume fraction, and concrete compressive strength on the performance of concrete beams.
In this paper, a numerical method is utilized to study the effect of a new vibration absorber on vibration response of the stiffened functionally graded (SFG) cylindrical shell under a couple of axial and transverse compressions. The material composition of the stiffeners and shell is continuously changed through the thickness. The vibration absorber consists of a mass-spring-damper system which is connected to the ground utilizing a linear local damper. To simplify, the spring element of the vibration absorber is called global potential. The von Kármán strain-displacement kinematic nonlinearity is employed in the constitutive laws of the shell and stiffeners. To consider the stiffeners in the model, the smeared stiffener technique is used. After obtaining the governing equations, the Galerkin method is applied to discretize the nonlinear dynamic equation of system. In order to find the nonlinear vibration responses, the fourth order Runge-Kutta method is utilized. The influence of the stiffeners, the dynamic absorber parameters on the vibration behavior of the SFG cylindrical shell is investigated. Also, the influences of material parameters of the system on the vibration response are examined.
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