The purpose of this work is to predict ductile fracture of structural steel under extremely low cyclic loading experienced in earthquake. A cumulative damage model is proposed on the basis of an existing damage model originally aiming to predict fracture under monotonic loading. The cumulative damage model assumes that damage does not grow when stress triaxiality is below a threshold and fracture occurs when accumulated damage reach unit. The model was implemented in ABAQUS software. The cumulative damage model parameters for steel base metal, weld metal and heat affected zone were calibrated, respectively, through testing and finite element analyses of notched coupon specimens. The damage evolution law in the notched coupon specimens under different loads was compared. Finally, in order to examine the engineering applicability of the proposed model, the fracture performance of beam-column welded joints reported by previous researches was analyzed based on the cumulative damage model. The analysis results show that the cumulative damage model is able to successfully predict the cracking location, fracture process, the crack initiation life, and the total fatigue life of the joints.
Yoon J. H.;Kim S. S.;Park H. J.;Choi T. H.;Lee H. J.;Huh H.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2005.05a
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pp.159-162
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2005
The milli-components for electronic and medical device etc. have been manufactured by conventional process. Forming and machining process for those milli-components need tremendous cost and time because products require higher dimensional accuracy than the conventional ones. For instance, conventional mechanical punching process has many drawbacks for applying to high accuracy products. The final radius of hole can be varied and burr which interrupting another procedure is generated. Hydro-mechanical punching process makes possible to reduce amount of burr and obtain the fine shearing surface using the operating fluid. Hydrostatic pressure retards occurrence of initial crack and induces to locate the fracture surface in the middle of sheet to thickness direction. In this paper, Hydro-mechanical punching process is analyzed using finite element method and the effect of hydrostatic pressure is evaluated during punching process. The prediction of fracture is performed adopting the various ductile fracture criteria such as Cockcroft, Brozzo and Oyane's criterion using a user subroutine in ABAQUS explicit.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.19
no.12
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pp.1-7
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2020
An experimental evaluation of bending fatigue strength for austempered ductile iron (ADI) spur gears was performed using a Zwick fatigue tester. The gear material was manufactured using vertical continuous casting, resulting in the radius of the graphite grains being smaller. The stress-number of cycles curve (S-N curve) for the bending fatigue strength of the ADI spur gears thus manufactured, without any specific surface treatments, was obtained using post-processing software. It was observed that when the reliability was 50%, the allowable root stress was 610 MPa. was calculated using an analytical method as well as the finite element method, and the difference between the values calculated using the two methods is only 7%. This study provides a reliable basis to rate the reliability design of small gearboxes in automation in the future.
Huang, Xiaogang;Zhou, Zhen;Zhu, Yazhi;Zhu, Dongping;Lu, Lu
International journal of steel structures
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v.18
no.5
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pp.1784-1800
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2018
Tension-shear loading is a common loading condition in steel structures during the earthquake shaking. To study ductile fracture in structural steel under multiple stress states, experimental investigations on the different fracture mechanisms in Chinese Q235 steel were conducted. Different tension-shear loading conditions achieved by using six groups of inclined notch butterfly configurations covering pure shear, tension-shear and pure tension cases. Numerical simulations were carried out for all the specimens to determine the stress and strain fields within the critical sections. Two tension-shear fracture models were calibrated based on the hybrid experimental-numerical procedure. The equivalent fracture strain obtained from the round bar under tensile loading was used for evaluating these two models. The results indicated that the tension-shear criterion as a function of the shear fracture parameter had better performance in predicting the fracture initiation of structural steel under different loading conditions.
This paper intends to introduce the applicability of HydroQus to a problem of a tanker collision against a semi-submersible type floating offshore wind turbine (FOWT). HydroQus is a plug-in based on potential flow theory that generates interactive hydroforces in a commercial Finite element analysis (FEA) code Abaqus/Explicit. Frequency response analyses were conducted for a 10MW capacity FOWT to obtain hydrostatic and hydrodynamic constants. The tanker was modeled with rigid elements, while elastic-plastic elements were used for the FOWT. Mooring chains were modeled to implement station keeping ability of the FOWT. Two types of fracture models were considered: constant failure strain model and combined failure strain model HC-LN model composed of Hosford-Coulomb (HC) model & localized necking (LN) model. The damage extents were evaluated by hydroforces and failure strain models. The largest equivalent plastic strain observed in the cases where both restoring force and radiation force were considered. Stress triaxiality and damage indicator analysis showed that the application of HC-LN model was suitable. It could be stated that applications of suitable failure strain model and hydrodynamics into the collision simulations were of importance.
Kim, K.T.;Lee, H.W.;Kim, S.H.;Song, J.H.;Lee, G.A.;Choi, S.;Lee, Y.S.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2008.10a
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pp.183-185
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2008
Forming Limit Diagram(FLD) is a representative tool for evaluating formability of sheet metals. This paper presents a methodology to determine the FLD using Finite Element Method. For predicting the forming limits numerically. Previous methods such as using the thickness strain or the ductile fracture criterion are limited at plane strain domain. These results suggest that behavior of the void growth in sheet metals is different from real one. In contrast to previous methods, a more exact model which takes void growth into account is used. This result agrees with the experimental result qualitatively.
A macro-element model is developed to account for shear deformation and bond slip of reinforcement bars in the beam-column joint region of reinforced concrete structures. The joint region is idealized by two springs in series, one representing shear deformation and the other representing bond slip. The softened truss model theory is adopted to establish the shear force-shear deformation relationship and to determine the shear capacity of the joint. A detailed model for the bond slip of the reinforcing bars at the beam-column interface is presented. The proposed macro-element model of the joint is validated using available experimental data on beam-column connections representing exterior joints in ductile and nonductile frames.
In this paper damage propagation of a material during forming is investigated with the concept of continuum damage mechanics. An isotropic damage model based on the theory of materials of type N is adopted to describe the damage process of a ductile material with large elasto-viscoplastic deformation. The stiffness degradation of the loaded material is chosen as a damage measure. The highly nonlinear equilibrium equations are reduced to the incremental weak form and approximated by the total Lagrangian finite element method. To simulate contact condition, extended interior penalty method with modified coulomb friction law is adopted. The displacement control method along with the modified Riks' continuation technique is used to solve the incremental iterative equations. As numerical examples, upsetting problem and backward extrusion problem are simulated and the results of damage propagation and $J_2$ stress contours with and without friction are presented.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.5
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pp.815-822
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2003
The ring rolling process involves not only three-dimensional non-steady material flow and continuous change of radius and thickness of the ring workpiece but also heat transfer among workpiece, rolls and environment. In this study, deformation and heat transfer analyses were conducted by using the three-dimensional thermo-rigid-plastic finite element method. Three cases of plain ring rolling process were, respectively, simulated for the predictions of roll forces and the highest temperature zone during the aluminum process that ductile fracture often occurs. In addition, to prevent fishtail phenomena of the ring workpiece, axial rolls were used for this study.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1999.04a
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pp.42-49
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1999
Because the linear elastic tincture analysis has been proved to be insufficient in predicting the failure of cracked bodies, in recent years, a number of fracture concepts have been studied which remain applicable in the presence of large-scale plasticity near a crack tip. This work thereby presents a new finite element model, as accurate as possible, to analyze plane problems of ductile fracture under large-scale yielding conditions. Based on the incremental theory of plasticity, the p-version finite element analysis is employed to account for the values of J-integral, the most dominant fracture parameter, and the shape of plastic zone near a crack tip by using the J-integral method and equivalent domain integral method. The numerical results by the proposed model are compared with the theoretical solutions in literatures and the numerical solutions by the i,-version of F.E.M.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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