Karabulut, Pembe Merve;Adiyaman, Gokhan;Birinci, Ahmet
Structural Engineering and Mechanics
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제64권4호
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pp.505-513
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2017
In this paper, a receding contact problem for an elastic layer resting on a half plane is considered. The layer is pressed by two rectangular stamps placed symmetrically. It is assumed that the contact surfaces are frictionless and only compressive traction can be transmitted through the contact surfaces. In addition the effect of body forces is neglected. Firstly, the problem is solved analytically based on theory of elasticity. In this solution, the problem is reduced into a system of singular integral equations in which half contact length and contact pressures are unknowns using boundary conditions and integral transform techniques. This system is solved numerically using Gauss-Jacobi integral formulation. Secondly, two dimensional finite element analysis of the problem is carried out using ANSYS. The dimensionless quantities for the contact length and the contact pressures are calculated under various stamp size, stamp position and material properties using both solutions. The analytic results are verified by comparison with finite element results.
Yaylaci, Murat;Yayli, Mujgen;Yaylaci, Ecren Uzun;Olmez, Hasan;Birinci, Ahmet
Structural Engineering and Mechanics
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제78권5호
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pp.585-597
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2021
This paper presents a comparative study of analytical method, finite element method (FEM) and Multilayer Perceptron (MLP) for analysis of a contact problem. The problem consists of a functionally graded (FG) layer resting on a half plane and pressed with distributed load from the top. Firstly, analytical solution of the problem is obtained by using theory of elasticity and integral transform techniques. The problem is reduced a system of integral equation in which the contact pressure are unknown functions. The numerical solution of the integral equation was carried out with Gauss-Jacobi integration formulation. Secondly, finite element model of the problem is constituted using ANSYS software and the two-dimensional analysis of the problem is carried out. The results show that contact areas and the contact stresses obtained from FEM provide boundary conditions of the problem as well as analytical results. Thirdly, the contact problem has been extended based on the MLP. The MLP with three-layer was used to calculate the contact distances. Material properties and loading states were created by giving examples of different values were used at the training and test stages of MLP. Program code was rewritten in C++. As a result, average deviation values such as 0.375 and 1.465 was obtained for FEM and MLP respectively. The contact areas and contact stresses obtained from FEM and MLP are very close to results obtained from analytical method. Finally, this study provides evidence that there is a good agreement between three methods and the stiffness parameters has an important effect on the contact stresses and contact areas.
The purpose of the study is to find development of contact area, contact pressure and friction forces occurring at joints or connection areas inbetween structural members or mechanical parts. The problem has a pair of difficulties intrinsically; a constraint of displacement due to contact, and presence of work term by nonconservative friction force in the variational principle of the problem. Because of these difficulties, the variational principle remains in the form of inequality. It is resolved by penalty method and perturbation method making the inequality to an equality which is proper for computational purposes. A contact problem without friction is solved to find contact area and contact pressure, which are to be used as data for the analysis of the friction problem using perturbed variational principle. For numerical experiments, a Hertz problem, a rigid punch problem, and the latter one with friction effects are solved using $Q_2$-finite elements.
This paper presents a comparative study of analytical method and finite element method (FEM) for analysis of a continuous contact problem. The problem consists of two elastic layers loaded by means of a rigid circular punch and resting on semi-infinite plane. It is assumed that all surfaces are frictionless and only compressive normal tractions can be transmitted through the contact areas. Firstly, analytical solution of the problem is obtained by using theory of elasticity and integral transform techniques. Then, finite element model of the problem is constituted using ANSYS software and the two dimensional analysis of the problem is carried out. The contact stresses under rigid circular punch, the contact areas, normal stresses along the axis of symmetry are obtained for both solutions. The results show that contact stresses and the normal stresses obtained from finite element method (FEM) provide boundary conditions of the problem as well as analytical results. Also, the contact areas obtained from finite element method are very close to results obtained from analytical method; disagree by 0.03-1.61%. Finally, it can be said that there is a good agreement between two methods.
The receding contact problem for two elastic layers whose elastic constants and heights are different supported by two elastic quarter planes is considered. The lower layer is supported by two elastic quarter planes and the upper elastic layer is subjected to symmetrical distributed load whose heights are 2a on its top surface. It is assumed that the contact between all surfaces is frictionless and the effect of gravity force is neglected. The problem is formulated and solved by using Theory of Elasticity and Integral Transform Technique. The problem is reduced to a system of singular integral equations in which contact pressures are the unknown functions by using integral transform technique and boundary conditions of the problem. Stresses and displacements are expressed depending on the contact pressures using Fourier and Mellin formula technique. The singular integral equation is solved numerically by using Gauss-Jacobi integration formulation. Numerical results are obtained for various dimensionless quantities for the contact pressures and the contact areas are presented in graphics and tables.
In this paper, a receding contact problem for an elastic layer resting on two quarter planes is considered. The layer is pressed by a stamp and distributed loads. It is assumed that the contact surfaces are frictionless and only compressive traction can be transmitted through the contact surfaces. In addition the effect of body forces are neglected. Firstly, the problem is solved analytically based on theory of elasticity. In this solution, the problem is reduced into a system of singular integral equations in which contact areas and contact stresses are unknowns using boundary conditions and integral transform techniques. This system is solved numerically using Gauss-Jacobi integral formulation. Secondly, two dimensional finite element analysis of the problem is carried out using ANSYS. The dimensionless quantities for the contact areas and the contact pressures are calculated under various distributed load conditions using both solutions. It is concluded that the position and the magnitude of the distributed load have an important role on the contact area and contact pressure distribution between layer and quarter plane contact surface. The analytic results are verified by comparison with finite element results.
There is few research about contact problem in SPH because it is primarily suitable to analyze the large deformation problem. However, an elasto-plastic problem with small deformation need to be considered about contact characteristics. The numerical formulating methods for SPH is induced to be able to obtain solutions based on a variational method in contact problem. The contact algorithm presented is applied to the elastic impact problem in 1D and 2D. The results show thai an imaginary tension and a numerical instability which happen in impacting between different materials can be removed and contact forces which could not have been calculated are able to obtain.
Yaylaci, Ecren Uzun;Oner, Erdal;Yaylaci, Murat;Ozdemir, Mehmet Emin;Abushattal, Ahmad;Birinci, Ahmet
Structural Engineering and Mechanics
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제84권1호
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pp.35-48
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2022
This paper investigates the artificial neural network (ANN) to predict the dimensionless parameters for contact pressures and contact lengths under the rigid punch, the initial separation loads, and the initial separation distances of a contact problem. The problem consisted of two elastic infinitely layers (EL) loaded by means of a rigid cylindrical punch and resting on a half-infinite plane (HP). Firstly, the problem was formulated and solved theoretically using the Theory of Elasticity (ET). Secondly, the contact problem was extended based on the ANN. External load, the radius of punch, layer heights, and material properties were created by giving examples of different values used at the training and test stages of ANN. Finally, the accuracy of the trained neural networks for the case was tested using 134 new data, generated via ET solutions to determine the best network model. ANN results were compared with ET results, and well agreements were achieved.
A general and efficient algorithm is proposed for the analysis of the frictionless elastic contact problems. It utilizes a simplex-type algorithm with a modified entry rule and incoporates finite element method to obtain flexibility matrices. The algorithmic solution is compared with the Hertzian solution for the contact problem between two cylinders to prove its accuracy and the contact problem between pin and piston rod is solved and compared with the numerical results of Frankavilla and Zienkiewicz to demonstrate the generality and effectiveness of the suggested algorithm. The contact problem between mating involute gear teeth at the worst load position is considered. The computed contact stress is smaller than the result of Hertz's theory applied to the contact between two kinematically equivalent discs and the contact area is larger than that of Hertz's theory.
본 논문에서는 광탄성 실험 하이브리드 법을 이용하여 접촉응력문제를 해석하는 경우의 응력형상 함수에 대해서 다루고 있다. 일반적으로 접촉응력문제는 반평면 문제로써 해석 되어지므로, 접촉응력의 경우 Airy 응력함수를 구성하는 두 해석적인 응력함수의 관계는 균열문제에서와 유사하였다. 그러나 이 관계를 그대로 접촉응력문제 (특히 특이점을 가진 경우)에 사용할 수가 없다. 그러므로 정확한 접촉문제의 해석을 위해 이들 두 해석적인 응력함수의 형태에 접촉하는 두 끝점의 조건에 따른 응력형상함수를 반드시 고려하여야만 할 것이다. 두 접촉끝점의 응력 특이성에 따라 4종류로 분류되는 이들 응력형상함수 중에서 오링 해석을 위한 중요한 두 종류의 응력형상함수를 선택하였으며, 이것의 유효성을 검증하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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