Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.14
no.3
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pp.47-53
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2005
The non-linear finite element program of the large deformation analysis by computer simulation has been used in the prediction and evaluation of the behaviors of the non-linear rubber components. The analysis of rubber components requires the tools modelling the special materials that are quite different from those used for the metallic parts. The nonlinear simulation analysis used in this study is expected to be widely applied in the design analysis and the development of several rubber components which are used In the manufacturing process of many industries. By utilizing this method, the time and cost can also be saved in developing the new rubber product. The objective of this study is to analyze the rubber component with the large deformation and non-linear properties.
A finite element analysis for a rotating cantilever beam is presented in this study. Based on a dynamic modelling method using the stretch deformation instead of the conventional axial deformation, three linear partial differential equations are derived from Hamilton's principle. Two of the linear differential equations show the coupling effect between stretch and chordwise deformations. The other equation is an uncoupled one for the flapwise deformation. From these partial differential equations and the associated boundary conditions, are derived two weak forms: one is for the chordwise motion and the other is for the flapwise motion. The weak forms are spatially discretized with newly defined two-node beam elements. With the discretized equations or the matrix-vector equations, the behaviours of the natural frequencies are investigated for the variation of the rotating speed.
Because of high intensity and easy controllability of the heat source, high frequency induction heating has been concerned and studied for the steel forming process in the ship building industry. However, the heating and forming characteristics have to be further properly modelled and analyzed for the process to be utilized with its optimal working parameters. In this study, a modelling with thermo-elasto-plastic analysis is performed using the FEM to study heat flow and deformation of the steel plate during the forming process with the electro-magnetic induction heating. The numerical model is then used to study the effect of the inductor shape on the magnitude of angular deformation of the plate during the forming process. It is revealed that the square shape of inductor induces the largest deformation among the rectangular inductors.
When carbon-filled rubber specimens are subjected to cyclic loading, they do not return to their initial state after loading and subsequent unloading, but exhibit a residual strain or permanent deformation. We propose a specific form of the pseudo-elastic energy function to represent cyclic loading for incompressible, isotropic materials with stress softening and residual strain. The essence of the pseudo-elasticity theory is that material behaviour in the primary loading path is described by a common elastic strain energy function, and in unloading, reloading or secondary unloading paths by a different strain energy function. The switch between strain energy functions is controlled by the incorporation of a damage variable into the strain energy function. An extra term is added to describe the permanent deformation. The finite element implementation of the proposed model is presented in this paper. All parameters in the proposed model and elastic law can be easily estimated based on experimental data. The numerical analyses show that the results are in good agreement with experimental data.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.1
no.3
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pp.1-9
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2010
In this paper, we used various shear deformation functions for modelling isotropic, symmetric composite and sandwich plates discretized by a mixed finite element method based on the Lagrangian/Hermite interpolation functions. These shear deformation theories uses polynomial, trigonometric, hyperbolic and exponential functions through the thickness direction, allowing for zero transverse shear stresses at the top and bottom surfaces of the plate. All shear deformation functions are compared with other available analytical/3D elasticity solutions, are predicted the reasonable accuracy for investigated problems. Particularly, The present results show that the use of exponential shear deformation theory (Karama et al. 2003; Aydogu 2009) provides very good solutions for composite and sandwich plates.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.12
no.11
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pp.5347-5356
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2011
In this paper, we compared various shear deformation functions for modelling anti-symmetric composite sandwich plates discretized by a mixed finite element method based on the Lagrangian/Hermite interpolation functions. These shear deformation theories uses polynomial, trigonometric, hyperbolic and exponential functions through the thickness direction, allowing for zero transverse shear stresses at the top and bottom surfaces of the plate. All shear deformation functions are compared with other available analytical/3D elasticity solutions, As a result, reasonable accuracy for investigated problems are predicted. Particularly, The present results show that the use of exponential shear deformation theory provides very good solutions for composite sandwich plates.
Damage by high-speed impact fracture is a dominant mode of failure in several applications of concrete structures. Numerical modelling can play a crucial role in understanding and predicting complex fracture processes. The commonly used mesh-based Finite Element Method has difficulties in accurately modelling the high deformation and disintegration associated with fracture, as this often distorts the mesh. Even with careful re-meshing FEM often fails to handle extreme deformations and results in poor accuracy. Moreover, simulating the mechanism of fragmentation requires detachment of elements along their boundaries, and this needs a fine mesh to allow the natural propagation of damage/cracks. Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) is an alternative particle based (mesh-less) Lagrangian method that is particularly suitable for analysing fracture because of its capability to model large deformation and to track free surfaces generated due to fracturing. Here we demonstrate the capabilities of SPH for predicting brittle fracture by studying a slender concrete structure (column) under the impact of a high-speed projectile. To explore the effect of the projectile material behaviour on the fracture process, the projectile is assumed to be either perfectly-elastic or elastoplastic in two separate cases. The transient stress field and the resulting evolution of damage under impact are investigated. The nature of the collision and the constitutive behaviour are found to considerably affect the fracture process for the structure including the crack propagation rates, and the size and motion of the fragments. The progress of fracture is tracked by measuring the average damage level of the structure and the extent of energy dissipation, which depend strongly on the type of collision. The effect of fracture property (failure strain) of the concrete due to its various compositions is found to have a profound effect on the damage and fragmentation pattern of the structure.
This paper deals with application of a non-linear continuum model for reinforced concrete affected by alkali-aggregate reaction (AAR) to analysis of some nuclear structures. The macroscopic behaviour of the material affected by AAR is described by incorporating a homogenization/averaging procedure. The formulation addresses the main stages of the deformation process, i.e., a homogeneous deformation mode as well as that involving localized deformation, associated with formation of macrocracks. The formulation is applied to examine the mechanical behaviour of some reinforced concrete structures in nuclear power facilities located in Quebec (Canada). First, a containment structure is analyzed subjected to 45 years of continuing AAR. Later, an inelastic analysis is carried out for the spent fuel pool taking into account the interaction with the adjacent jointed rock mass foundation. In the latter case, the structure is said to be subjected to continuing AAR that is followed by a seismic event.
This paper presents experimental and numerical studies into the structural behavior of a high performance corbel type composite connection adopted in Raffles City of Hangzhou, China. Physical tests under both monotonic and quasi-static cyclic loads were conducted to investigate the load carrying capacities and deformation characteristics of this new type of composite connection. A variety of structural responses are examined in detail, including load-deformation characteristics, the development of sectional direct and shear strains, and the history of cumulative plastic deformation and energy. A three-dimensional finite element model built up with solid elements was also proposed for the verification against test results. The studies demonstrate the high rigidity, strength and rotation capacities of the corbel type composite connections, and give detailed structural understanding for engineering design and practice. Structural engineers are encouraged to adopt the proposed corbel type composite connections in mega high-rise buildings to achieve an economical and buildable and architectural friendly engineering solution.
In this research work, a simple and accurate hyperbolic plate theory for the buckling analysis of functionally graded sandwich plates is presented. The main interest of this theory is that, in addition to incorporating the thickness stretching effect (${\varepsilon}_z{\not=}0$), the displacement field is composed only of 5 unknowns as the first order shear deformation theory (FSDT), instead of 6 like in the well-known "higher order shear and normal deformation theories". Thus, the number of unknowns and governing equations for the present theory is reduced, significantly facilitating engineering analysis. Governing equations are obtained by employing the principle of minimum total potential energy. Comparison studies are performed to verify the validity of present results. A numerical investigation has been conducted considering and neglecting the thickness stretching effects on the buckling of sandwich plates with functionally graded skins. It can be concluded that the present theory is not only accurate but also simple in predicting the buckling response of sandwich plates with functionally graded skins.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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