A lattice model of a typical bridge column section is analyzed, and results are presented. The lattice is built as an ensemble of line elements and masses, that can capture strain rate dependency of concrete material. The research mainly breaks up into two parts: First, a micro level analysis of the material is executed, and control parameters of the governing equations are derived by matching the results with the common macroscopic properties of concrete material. Then, the properties exhibited by the micro model, which extends the classical material properties are applied to the mesoscale model. Hence, the analysis of the target structure can be performed. In the mesoscale analysis, ramp-like impulse loads are applied at different velocity, so that the contribution of the material level rate dependency to the global behavior of the structure can be tracked.
The mechanical properties of polycrystalline thin-films, critical for Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) components, are known to have the size effect and the scatter in the length scale of microns by the numbers of intensive investigation by experiments and simulations. So, the consideration of the microstructure is essential to cover these length scale effects. The lattice based stochastic model for the microstructure evolution is used to simulate the actual microstructure, and the fast and reliable algorithm is described in this paper. The kinetics parameters, which are the key parameters for the microstructure evolution based on the nucleation and growth mechanism, are extracted from the given micrograph of a polycrystalline material by an inverse method. And the method is verified by the comparison of the quantitative measures, the number of grains and the grain size distribution, for the actual and simulated microstructures. Finite element mesh is then generated on this lattice based microstructure by the developed code. And the statistical finite element analysis is accomplished for selected microstructure.
So-Yeon Park;Kyu-Sik Kim;Bandar Almangour;Kee-Ahn Lee
Archives of Metallurgy and Materials
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제67권4호
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pp.1525-1529
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2022
Co-Cr-Mo based sheet I-WP lattice was fabricated via laser powder bed fusion. The effect of microstructure and the I-WP shape on compressive mechanical response was investigated. Results of compression test showed that yield strength of the sheet I-WP was 176.3 MPa and that of bulk Co-Cr-Mo (reference material) was 810.4 MPa. By applying Gibson-Ashby analytical model, the yield strength of the lattice was reversely estimated from that of the bulk specimen. The calculated strength of the lattice obtained was 150.7 MPa. The shape of deformed lattice showed collective failure mode, and its microstructure showed that strain-induced martensitic transformation occurred in the overall lattice. The deformation behavior of additively manufactured sheet I-WP lattice was also discussed.
Behavior of soil is usually described with continuum type of failure models such as Mohr-Coulomb or Drucker-Prager model. The main advantage of these models is in a relatively simple and efficient way of predicting the main tendencies and overall behavior of soil in failure analysis of interest for engineering practice. However, the main shortcoming of these models is that they are not able to capture post-peak behavior of soil nor the corresponding failure modes under extreme loading. In this paper we will significantly improve on this state-of-the-art. In particular, we propose the use of a discrete beam lattice model to provide a sharp prediction of inelastic response and failure mechanisms in coupled soil-foundation systems. In the discrete beam lattice model used in this paper, soil is meshed with one-dimensional Timoshenko beam finite elements with embedded strong discontinuities in axial and transverse direction capable of representing crack propagation in mode I and mode II. Mode I relates to crack opening, and mode II relates to crack sliding. To take into account material heterogeneities, we determine fracture limits for each Timoshenko beam with Gaussian random distribution. We compare the results obtained using the discrete beam lattice model against those obtained using the modified three-surface elasto-plastic cap model.
In this paper, the energy absorption capability of a novel cruciform composite lattice structure was evaluated through the simulation of compression tests. For this purpose, several test samples of Polylactic acid cellular reinforced with continuous glass fibers were prepared for compression testing using the additive manufacturing method of material extrusion. Using a conventional path design for material extrusion, multiple debonding is probable to be occurred at the joint regions of adjacent cells. Therefore, an innovative printing path design was proposed for the cruciform lattice structure. Afterwards, quasistatic compression tests were performed to evaluate the energy absorption behaviour of this structure. A finite element model based on local material property degradation was then developed to verify the experimental test and extend the virtual test method. Accordingly, different combinations of unit cells' dimensions using the design of the experiment were numerically proposed to obtain the optimal configuration in terms of the total absorbed energy. Having brilliant energy absorption properties, the studied cruciform lattice with its optimized unit cell dimensions can be used as an energy absorber in crashworthiness applications. Finally, a cellular structure will be suitable with optimal behavior in crush load efficiency and high energy absorption.
This work presents a novel model for analysis of the loading rate influence onto structure response. The model is based on the principles of nonlinear system dynamics, i.e., consists of a system of nonlinear differential equations. In contrast to classical linearized models, this one comprises mass and loading as integral parts of the model. Application of the Kelvin and the Maxwell material models relates the novel formulation to the existing material formulations. All the analysis is performed on a proprietary computer program based on Wolfram Mathematica. This work can be considered as an extended proof of concept for the application of the nonlinear solid model in material response to dynamic loading.
The objective in here is to find the density, stiffness, and strength of truss-wall rectangular (TWR) model which is combined with lattice truss (MLT) inside space. The TWR unit-cell model is defined as a unit cell originated from a solid-wall rectangular (SWR) model and it has an empty space inside. Thus, the empty space inside of the TWR is filled with lattice truss model defined as TWR-MLT. The ideal solutions derived of TWR-MLT are based on TWR with MLT model and it has developed by Gibson-Ashby's theory. To validate the ideal solutions of the TWR-MLT, ABAQUS software is applied to predict the density, strength, and stiffness, and then each of them are compared with the Gibson-Ashby's ideal solution as a log-log scale. Applied material property is stainless steel 304 because of cost effectiveness and easy to get around. For the analysis, SWR and TWR-MLT models are 1mm, 2mm, and 3mm truss diameter separately within a fixed 20mm opening width. In conclusion, the relative Young's modulus and relative yield strength of the TWR-MLT unit model is reasonably matched to the ideal expectations of the Gibson-Ashby's theory. In nearby future, TWR-MLT model can be verified by advanced technologies such as 3D printing skills.t.
In this work, we present the development of a 3D lattice-type model at microscale based upon the Voronoi-cell representation of material microstructure. This model can capture the coupling between mechanic and electric fields with non-linear constitutive behavior for both. More precisely, for electric part we consider the ferroelectric constitutive behavior with the possibility of domain switching polarization, which can be handled in the same fashion as deformation theory of plasticity. For mechanics part, we introduce the constitutive model of plasticity with the Armstrong-Frederick kinematic hardening. This model is used to simulate a complete coupling of the chosen electric and mechanics behavior with a multiscale approach implemented within the same computational architecture.
본 연구에서는 하위 요소로(sub-element) 구성된 3차원 대칭 단위 요소들로 조합된 트러스 격자 구조물의 연속적인 물성치를 제안하였다. 개별적인 트러스 격자 물성치는 균질화 작업을 통하여 유효한 응력과 변형률 관계로 이루어진 연속적인 물성치 모델로 나타낼 수 있다. 미시적인 규모(micro scale) 스트럿의 인장이나 압축 응답에 의한 축강성은 전체 격자재료의 대부분의 강도를 차지하고, 이러한 스트럿의 부피 분율(fraction)은 효과적인 강도뿐만 아니라 복제 가능한 단위 요소로 이루어진 격자판의 상대밀도에 큰 영향을 주었다. 그러므로 균질한 강성부재로 구성된 연속적인 구성모델은 미시적인 규모로 간주되는 스트럿의 강도, 내부응력 상태 및 부피 분율과 관련된 역학적인 특성들을 포함하고 있다는 것을 확인할 수 있었다. 미시적인 규모의 응력에서 소성흐름은 균질한 구성식에서 파생된 거시적인 규모에서의 (macro-scale)응력 표면에 있는 연속적인 응력함수의 영역을 확장한다. 따라서 본 연구를 통하여 3차원 대칭 단위요소 구조물의 기본 기하학을 조사하고 압력에 의존적인 마크로 규모에서의 (macro-scale) 응력함수를 예측하는 연속적인 소성모델을 공식화하였다.
In this paper, we proposed a new bulk LDMOS structure which can be used for RF application, and its fabrication steps were introduced. The simulated devices consist of three types: Bulk device, SLB(SOI Like Bulk), and SOI device. As a result of process and device simulation, we showed electrical characteristics, such as threshold voltage, subthreshold slope, DIBL(Drain Induced Barrier Lowering), off-state current, and breakdown voltage. In this simulation study, the lattice temperature model was adopted to see the device characteristics with lattice temperature during the operation. SLB device structure showed the best breakdown characteristics among the other structures. The breakdown voltage of SLB structure is about 9V, that of bulk is 7V, and that of SOI is 8V.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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