In the shape design of flexible structures, it is useful to predict the initial shape from the desirable large deformed shapes under some loading conditions. In this paper, we present a numerical procedure of an initial shape determination problem for hyperelastic materials which enables us to calculate an initial shape corresponding to the prescribed deformed shape and boundary condition. The present procedure is based on an Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) finite element method for hyperelasticity, in which arbitrary change of shapes in both the initial and deformed states can be treated by considering the variation of geometric mappings in the equilibrium equation. Then the determination problem of the initial shape can be formulated as a nonlinear problem to solve the unknown initial shape for the specified deformed shape that satisfies the equilibrium equation. The present approach can be implemented easily to the finite element method by employing the isoparametric hypothesis. Some basic numerical results are also given to characterize the present procedure.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1996.10a
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pp.45-51
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1996
The combined shear and compression behaviors of seismic isolation rubber bearings are analyzed using the hyperelasticity material option of the ABAQUS computer program. The purpose of the analysis is to predict the behavior of laminated rubber bearing before the several tests. Some kinds of strain energy density functions are used as constitutive law for rubber itself having the hyperelasticity. The results are compared with test data peformed in Italy The analysis results show a little different with experimental results depending on the constitutive model and the refinement of finite element. The high order form of strain energy density functions results in good agreements and the mesh refinement above two for one rubber layer is enough to get good results.
This paper presents the implementation of the Blatz-Ko hyperelastic compressible model in a finite element program to deal with large deformation problems. We show analytically and numerically that the minimum number of increment steps in the Newton-Raphson algorithm depends on material properties and applied loads. We also show that this dependence is related to the orientation preservation principle. So we propose a convergence criteria based on the sign of eigenvalues of the deformation gradient matrix.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.12
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pp.2492-2502
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2002
A rubber-like material model is generally characterized by hyperelasticity and formulated by a total stress-total strain relationship because the material shows nonlinear elastic behaviour under large deformation. In this study, a pressure potential obtained by a separately interpolated pressure is introduced to the non-linear finite element formulation incorporating with incompressible or almost incompressible condition of the material. The present formulation is somewhat different from the general formulation using the pressure computed in the displacement field. A non-linear finite element analysis program is developed for the plane strain and the axisymmetric contact problems of a rubber-like material. Various examples with rubber material are analyzed for its verification. The results about deformed shapes and stress distributions thought to be meaningful in comparison with a commercial program, MARC.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.36
no.8
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pp.740-746
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2008
In this paper, robust structural design of the PEMFC stack gasket is pursued with Taguchi method by considering the noise factor in stack assembly. The study of noise problem in stacking is required to secure the safety and performance improvement of PEMFC stack. The design parameters in the Taguchi method are selected so that the structural responses are insensitive to the noise factors. In the gasket analysis, a Mooney-Rivlin strain energy function is used to consider hyperelasticity between load and displacement. By uni-axial and equi-biaxial tension tests of the gasket, the material properties are determined for the use in robust design of PEMFC gasket. The robust design of the PEMFC stack may provide structural reliability.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.34
no.10
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pp.24-31
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2006
In this paper, mechanical behavior of unidirectional composites with flexible matrix was predicted by geometrical non-linear finite element analysis. Two typical idealized unit cells of square and hexagonal fiber arrays were modeled and these were subjected to different loadings. The stress-strain behavior of composites was predicted from which the effective properties were calculated. The hyperelasticity of polyurethane matrix was considered using Mooney-Rivlin model. In result, the stress-strain behavior of flexible composites shows non-linearity, especially it is remarkable under transverse normal and shear loading conditions. In this cases, there are great difference between square and hexagonal fiber array models.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.36
no.7
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pp.642-650
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2008
In this paper, structural behavior of Gasket and GDL of a PEMFC stack is studied to improve the performance and to secure the safety. In the Gasket analysis Mooney-Rivlin strain energy function is used to consider hyperelasticity of load and displacement. The material properties is determined by testing specimens of the gasket at uni-axial and equi-biaxial mode and compared with finite element analysis results. By measuring a thickness change, the material property of GDL is determined. The pressure drop of a unit cell is measured along the channel for the clamping force. A cross sectional change of channel base on the experimental data is obtained experimentally and compare with FEM analysis results.
The classical multiscale finite element (FE2 ) method involves iterative calculations of micro-boundary value problems for representative volume elements at every integration point in macro scale, making it a computationally time and data storage space. To overcome this, we developed the data-driven multiscale analysis method based on the mean-field homogenization (MFH). Data-driven computational mechanics (DDCM) analysis is a model-free approach that directly utilizes strain-stress datasets. For performing multiscale analysis, we efficiently construct a strain-stress database for the microstructure of composite materials using mean-field homogenization and conduct data-driven computational mechanics simulations based on this database. In this paper, we apply the developed multiscale analysis framework to an example, confirming the results of data-driven computational mechanics simulations considering the microstructure of a hyperelastic composite material. Therefore, the application of data-driven computational mechanics approach in multiscale analysis can be applied to various materials and structures, opening up new possibilities for multiscale analysis research and applications.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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2000.06a
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pp.194-200
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2000
The sealing performance of an elastomeric O-ring seal using NBR and FFKM has been analyzed for the contact stress behaviors that develop between the O-ring seal and the surfaces with which it comes into contact. The leakage of an O-ring seal will occur when the pressure differential across the seal just exceeds the initial (or static) peak contact stress. The contact stress behaviors that develop in compressed O-rings, in common case of restrained geometry(grooved), are investigated using the finite element method. The analysis includes material hyperelasticity and axisymmetry. The computed FEM results show that the contact stress behaviors are related to materials of NBR and FFKM and temperature of vaccum chamber.
The sealing performance of an elastomeric O-ring using the double layered material has been analyzed fer the contact stress behaviors that develop between the O-ring seal and the surfaces with which it comes into contact. The leakage of an O-ring will occur when the pressure differential across the seal Just exceeds the initial (or static) peak contact stress. The contact stress behaviors that develop in compressed O-rings, in common case of dovetail grooved geometry, are investigated using the finite element method. The FE analysis includes material hyperelasticity and axisymmetry. The computed FEM results show that the contact stress behaviors are related to the ratio of diameter between the inner ring and the outer ring, and the temperature of vacuum chamber.
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