Shang, Shen;Yun, Gun Jin;Kunchum, Shilpa;Carletta, Joan
Structural Engineering and Mechanics
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v.45
no.4
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pp.471-494
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2013
In this paper, identification of isotropic and orthotropic linear elastic material constitutive parameters has been demonstrated by a FEA-free energy-based inverse analysis method. An important feature of the proposed method is that it requires no finite element (FE) simulation of the tested material. Full-field displacements calculated using digital image correlation (DIC) are used to compute DIC stress fields enforcing the equilibrium condition and DIC strain fields using interpolation functions. Boundary tractions and displacements are implicitly recast into an objective function that measures the energy residual of external work and internal elastic strain energy. The energy conservation principle states that the residual should be zero, and so minimizing this objective function inversely identifies the constitutive parameters. Synthetic data from simulated testing of isotropic materials and orthotropic composite materials under 2D plane stress conditions are used for verification of the proposed method. When identifying the constitutive parameters, it is beneficial to apply loadings in multiple directions, and in ways that create non-uniform stress distributions. The sensitivity of the parameter identification method to noise in both the measured full-field DIC displacements and loadings has been investigated.
A novel finite element (FE) model updating method based on multi-resolution analysis (MRA) is proposed. The true stiffness of the FE model is considered as the superposition of two pieces of stiffness information of different resolutions: the pre-defined stiffness information and updating stiffness information. While the resolution of former is solely decided by the meshing density of the FE model, the resolution of latter is decided by the limited information obtained from the experiment. The latter resolution is considerably lower than the former. Second generation wavelet is adopted to describe the updating stiffness information in the framework of MRA. This updating stiffness in MRA is realized at low level of resolution, therefore, needs less number of updating parameters. The efficiency of the optimization process is thus enhanced. The proposed method is suitable for the identification of multiple irregular cracks and performs well in capturing the global features of the structural damage. After the global features are identified, a refinement process proposed in the paper can be carried out to improve the performance of the MRA of the updating information. The effectiveness of the method is verified by numerical simulations of a box girder and the experiment of a three-span continues pre-stressed concrete bridge. It is shown that the proposed method corresponds well to the global features of the structural damage and is stable against the perturbation of modal parameters and small variations of the damage.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.9
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pp.1141-1149
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2013
Dimensional analysis is an important tool for developing mathematical models of physical phenomena in order to understand the effects of laser shock peening(LSP) process parameters. By using the Bucking ${\prod}$ theorem, we proposed an applicable dimensional analysis method to verify the effects of LSP process parameters on the residual stresses. Furthermore, by using finite element analysis, we proposed a finite element method of LSP and discussed various parameters, such as peak pressure, pressure pulse duration, laser spot size, and multiple LSPs.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.7
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pp.881-889
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2010
A volume integral equation method (VIEM) is introduced for solving the elastostatic problems related to an unbounded isotropic elastic solid; this solid is subjected to remote uniaxial tension, and it contains multiple interacting isotropic inclusions. The method is applied to two-dimensional problems involving long parallel cylindrical inclusions. A detailed analysis of the stress field at the interface between the matrix and the central inclusion is carried out; square and hexagonal packing of the inclusions are considered. The effects of the number of isotropic inclusions and different fiber volume fractions on the stress field at the interface between the matrix and the central inclusion are also investigated in detail. The accuracy and efficiency of the method are clarified by comparing the results obtained by analytical and finite element methods. The VIEM is shown to be very accurate and effective for investigating the local stresses in composites containing isotropic fibers.
An expert drawbead model is developed for the finite element analysis of stamping processes. The expert model calculates drawbead restraining forces and bead-exit thinnings with the forming condi-tions and drawbead size. The drawbead restraining forces and bead-exit thinnings of a circular draw-bead and stepped drawbead are computed by mathematical models and corrected by the multiple lin-ear regression method based on experimental measurements. The squared drawbead preventing the sheet from drawing-in inside die cavity is assumed to have a very huge drawbead restraining force and no pre-strain just after drawbead. The combined beads are considered as a combination of basic draw-beads such as circular a drawbead stepped drawbead and squared drawbead so that the drawbead restraining forces and bead-exit thinnigs are basically sum of those of basic drawbeads.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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1997.03a
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pp.50-54
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1997
An expert drawbead model is developed to model a cranky drawbead in the finite element analysis of stamping processes. The expert model calculates the drawbead restraining forces (DBRF's) and bead-exit thinning, which are boundary conditions. DBRF's are calculated by considering bending force, unbending force, and friction force in order. Bead-exit thinning are due to the bending and tension during the deformation. The DBFR's and thinning computed form the mathematical model for the basic beads are compared with measurements and correction factors compensating for the differences are found using the multiple linear regression method. The composition beads are assumed to be a combination of basic beads so that the DBRF's and bead-exit thinning are computed to the sum of those of basic beads.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.22
no.3
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pp.207-215
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2017
The superior performance of the spherical actuator is establishing a new trend in the industry. Spherical actuators can perform multiple degrees-of-freedom (DOF) motions by using only one actuator. Therefore, a multi-DOF device using the spherical actuator can reduce weight and simplify the structure. This paper proposes a new spherical actuator that uses the operational principle of a rotational voice coil motor. The effectiveness of the actuator is verified through 3-D finite element method.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2005.10a
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pp.49-54
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2005
This paper describes the result of structure analysis and load test of body structure. The purpose of the analysis and test is to evaluate an safety which body structure shall be considered fully sufficient rigidity so as to satisfy proper system function under maximum load and operating condition. Material of body structure applied an aluminum alloy. Body structure consist of side frame, under frame, roof frame, end frame. Both FEM analysis and load test are based on 'Performance Test Standard for Electrical Multiple Unit, noticed by Ministry of Construction & Transportation, in 2000' and reference code is JIS E 7105. The test results have been very safety and stable fer design load conditions.
A volume integral equation method (VIEM) is introduced for the solution of elastostatic problems in an unbounded isotropic elastic solids containing interacting multiple isotropic or anisotropic elliptical inclusions subject to remote uniaxial tension. The method is applied to two-dimensional problems involving long parallel elliptical cylindrical inclusions. A detailed analysis of stress field at the interface between the matrix and the central inclusion is carried out for square and hexagonal packing of the inclusions. Effects of the number of isotropic or anisotropic elliptical inclusions and various fiber volume fractions for the circular inclusion circumscribing its respective elliptical inclusion on the stress field at the interface between the matrix and the central inclusion are also investigated in detail. The accuracy and efficiency of the method are examined through comparison with results obtained from analytical and finite element methods. The method is shown to be very accurate and effective for investigating the local stresses in composites containing isotropic or anisotropic elliptical fibers.
This paper presents a finite element procedure for dynamic analysis of non-uniform Timoshenko beams made of axially Functionally Graded Material (FGM) under multiple moving point loads. The material properties are assumed to vary continuously in the longitudinal direction according to a predefined power law equation. A beam element, taking the effects of shear deformation and cross-sectional variation into account, is formulated by using exact polynomials derived from the governing differential equations of a uniform homogenous Timoshenko beam element. The dynamic responses of the beams are computed by using the implicit Newmark method. The numerical results show that the dynamic characteristics of the beams are greatly influenced by the number of moving point loads. The effects of the distance between the loads, material non-homogeneity, section profiles as well as aspect ratio on the dynamic responses of the beams are also investigated in detail and highlighted.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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