Composite laminated structures supported on elastic foundations are being increasingly used in a great variety of engineering applications. Composites exhibit larger dispersion in their material properties compared to the conventional materials due to large number of parameters associated with their manufacturing and fabrication processes. And also the dispersion in elastic foundation stiffness parameter is inherent due to inaccurate modeling and determination of elastic foundation properties in practice. For a better modeling of the material properties and foundation, these are treated as random variables. This paper deals with effects of randomness in material properties and foundation stiffness parameters on the free vibration response of laminated composite plate resting on an elastic foundation. A $C^0$ finite element method has been used for arriving at an eigen value problem. Higher order shear deformation theory has been used to model the displacement field. A mean centered first order perturbation technique has been employed to handle randomness in system properties for obtaining the stochastic characteristic of frequency response. It is observed that small amount of variations in random material properties and foundation stiffness parameters significantly affect the free vibration response of the laminated composite plate. The results have been compared with those available in the literature and an independent Monte Carlo simulation.
To predict the deformation and fracture during tube expansion using the finite element (FE) method, a material model is considered that incorporates the damage evolution due to the deformation. In the current study, a Rice-Tracey model was used as the damage model with inclusion of the hydrostatic stress term. Since OFHC Cu is not significantly affected by strain rate, a Hollomon flow stress model was used. The material parameters in each model were obtained by using an optimization method. The objective function was defined as the difference between the experimental measurements and FE simulation results. The parameters were determined by minimizing the objective function. To verify the validity of the FE modeling, cross-verification was conducted through a tube expansion test. The simulation results show reasonable agreement with the experiments. The design for a minimum diameter of expansion tube using the FE modeling was verified by a simplified tube expansion test and simulation results.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.10
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pp.2104-2113
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2002
A finite element model is developed for the process of squeeze casting of metal matrix composites (MMCs) in cylindrical molds. The fluid flow and the heat transit. are fundamental phenomena in squeeze casting. To describe heat transfer in the solidification of molten aluminum, the energy equation is written in terms of temperature and enthalpy are applied in an axisymmetric model which is similar to the experimental system. A one dimensional flow model simulates the transient metal flow. A direct iteration technique was used to solve the resulting nonlinear algebraic equations, using a computer program to calculate the enthalpy, temperature and fluid velocity. The cooling curves and temperature distribution during infiltration and solidification were calculated fer pure aluminum. Experimentally, the temperature was measured and recorded using thermocouple wire. The measured time-temperature data were compared with the calculated cooling curves. The resulting agreement shows that the finite element model can accurately estimate the solidification time and predict the cooling process.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.32
no.11
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pp.953-960
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2015
The thermoforming process has been widely used to manufacture medium- and large-sized plastic parts because of the relatively low cost and high productivity, as compared with other plastic forming processes. One of current salient issues of thermoforming industries is the reduction of trial and error during the production of the thermoformed product. Hence, there is a significant increasing interest in the thermoforming analysis by the thermoforming industries. The goal of this paper is to investigate a methodology of the three-dimensional thermoforming analysis for medium- and large-sized plastic parts. There is a discussion about methodologies of thermoforming analysis, as well as material modeling, and three-dimensional finite element analysis. Furthermore, there is an examination, through case studies, about the applicability of the proposed methodology concerning the thermoforming analysis.
There is not enough mixed finite element method (MFEM) model developed for static and dynamic analysis of functionally graded material (FGM) beams in the literature. The main purpose of this study is to develop a reliable and efficient computational modeling using an efficient functional in MFEM for free vibration and static analysis of FGM composite beams subject to high order shear deformation effects. The modeling of material properties was performed using mixture rule and Mori-Tanaka scheme which are more realistic determination techniques. This method based on the assumption that a two phase composite material consisting of matrix reinforced by spherical particles, randomly distributed in the beam. To explain the displacement components of the shear deformation effects, it was accepted that the shear deformation effects change sinusoidal. Partial differential field equations were obtained with the help of variational methods and then these equations were transformed into a novel functional for FGM beams with the help of Gateaux differential derivative operator. Thanks to the Gateaux differential method, the compatibility of the field equations was checked, and the field equations and boundary conditions were reflected to the function. A MFEM model was developed with a total of 10 degrees of freedom to apply the obtained functional. In the numerical applications section, free vibration and flexure problems solutions of FGM composite beams were compared with those predicted by other theories to show the effects of shear deformation, thickness changing and boundary conditions.
In practice, the interference influence caused by adjacent footings of structures on geo-reinforced loose soil has a considerable impact on their behavior. Thus, the goal of this study is to evaluate the behavior of two strip footings in close proximity on both geocell and geogrid reinforced soil with different reinforcement layers. Geocell was made from geogrid material used to compare the performance of cellular and planar reinforcement on the bearing pressure of twin footings. Extensive experimental tests have been performed to attain the optimum embedment depth and vertical distance between reinforcement layers. Particle image velocimetry (PIV) analysis has been conducted to monitor the deformation, tilting and movement of soil particles beneath and between twin footings. Results of tests and PIV technique were verified using finite element modeling (FEM) and the results of both PIV and FEM were used to utilize failure mechanisms and influenced shear strain around the loading region. The results show that the performance of twin footings on geocell-reinforced sand at allowable and ultimate settlement ranges are almost 4% and 25% greater than the same twin footings on the same geogrid-reinforced sand, respectively. By increasing the distance between twin footings, soil particle displacements become smaller than the settlement of the foundations.
Gustavo Luz Xavier da Costa;Carlos Alberto Caldeira Brant;Magno Teixeira Mota;Rodolfo Giacomim Mendes de Andrade;Eduardo de Moraes Rego Fairbairn;Pierre Rossi
Computers and Concrete
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v.31
no.2
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pp.151-161
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2023
This paper presents an investigation of variables that cause spurious cracking in numerical modeling of concrete fracture. Spurious cracks appear due to the approximate nature of numerical modeling. They overestimate the dissipated energy, leading to divergent results with mesh refinement. This paper is limited to quasi-static loading regime, homogeneous models, cracking as the only nonlinear mode of deformation and cracking only due to tensile loading. Under these conditions, some variables that can be related to spurious cracking are: mesh alignment, ductility, crack band width, structure size, mesh refinement and load increment size. Case studies illustrate the effect of each variable and convergence analyses demonstrate that, after all, load-increment size is the most important variable. Theoretically, a sufficiently small load increment is able to eliminate or at least alleviate the detrimental influence of the other variables. Such load-increment size might be prohibitively small, rendering the simulation unfeasible. Hence, this paper proposes two alternatives. First, it is proposed an algorithm that automatically find such small load increment size automatically, which not necessarily avoid large computations. Then, it is proposed a double simulation technique, in which the crack is forced to propagate through the localization zone.
Sk. Tahmid Muhatashin Fuyad;Md Abdullah Al Bari;Md. Makfidunnabi;H.M. Zulqar Nain;Mehmet Emin Ozdemir;Murat Yaylaci
Structural Engineering and Mechanics
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v.89
no.1
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pp.23-31
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2024
Ratcheting is the cyclic buildup of inelastic strain on a structure resulting from a combination of primary and secondary cyclic stress. It can lead to excessive plastic deformation, incremental collapse, or fatigue. Ratcheting has been numerically investigated on a cantilever beam, considering the current study's primary and secondary bending loads. In addition, the effect of input frequency on the onset of ratcheting has been investigated. The non-linear dynamic elastic-plastic approach has been utilized. Analogous to Yamashita's bending-bending ratchet diagram, a non-dimensional ratchet diagram with a frequency effect is proposed. The result presents that the secondary stress values fall sequentially with the increase of primary stress values. Moreover, a displacement amplification factor graph is also established to explain the effect of frequency on ratchet occurrence conditions. In terms of frequency effect, it has been observed that the lower frequency (0.25 times the natural frequency) was more detrimental for ratchet occurrence conditions than the higher frequency (2 times the natural frequency) due to the effect of dynamic displacement. Finally, the effect of material modeling of ratcheting behavior on a beam is shown using different hardening coefficients of kinematic hardening material modeling.
Cherfi Mohamed;Zagane Mohammed El Sallah;Moulgada Abdelmadjid;Ait Kaci Djafar;Benouis Ali;Zahi Rachid;Sahli Abderahmen
Structural Engineering and Mechanics
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v.91
no.3
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pp.251-262
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2024
Numerical modeling using the finite element method (FEM) offers crucial insights into the mechanical behavior of prostheses, including stress and strain distribution, load transfer, and stress intensity factors. Analyzing cracking in PMMA surgical cement (polymethylmethacrylate) for total hip prostheses (THP) is essential for understanding the loosening phenomenon, as the rupture of orthopedic cement is a primary cause. By understanding various failure mechanisms, significant advancements in cemented total prostheses can be achieved. This study performed a numerical analysis using a 3D FEM model to evaluate stress levels in different THP models, aiming to model damage in the orthopedic cement used in total hip arthroplasty. Utilizing ABAQUS software, FEM, and XFEM, the damage in three types of THPs-Charnley (CMK3), Osteal (BM3), and THOMPSON was modeled under stumbling loading conditions. XFEM allowed for the consideration of crack propagation between the cement and bone, while the GEARING criterion employed a user-defined field subroutine to model damage parameters. The study's findings can contribute to improving implant fixation techniques and preventing postoperative complications in orthopedic surgery.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2003.03a
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pp.805-812
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2003
The purpose of this study is to evaluate the behavior of a reinforced earth wall by modeling the properties of the interface between soil and reinforced elements as well as the non-linear stress-strain characteristics of soil. The effect of lateral earth pressures induced during construction is also included in the analyses. The interface element used to evaluate the relative movement of the interface between soil/reinforcement and soil/wall- facing has a zero thickness and essentially consists of normal and shear springs. The behavior of soil element is calculated based on the hyperbolic model. The computer program SSCOMPPC which includes the interface element, hyperbolic model and bi-linear model is applied in this study. From the analyses, it is showed that the locus of maximum tension were closed to the hi-linear failure line of theoretical analyses. The lateral displacement of SSCOMPPC is larger than that of the FLAC which adopts the elastic model. This means the analysis which is adopted the hyperbolic model and interface element induced more larger displacement.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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