Adley, Mark D.;Frank, Andreas O.;Danielson, Kent T.
Computers and Concrete
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제9권4호
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pp.293-310
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2012
This paper discusses a new constitutive model called the high-rate brittle microplane (HRBM) model and also presents the details of a new software package called the Virtual Materials Laboratory (VML). The VML software package was developed to address the challenges of fitting complex material models such as the HRBM model to material property test data and to study the behavior of those models under a wide variety of stress- and strain-paths. VML employs Continuous Evolutionary Algorithms (CEA) in conjunction with gradient search methods to create automatic fitting algorithms to determine constitutive model parameters. The VML code is used to fit the new HRBM model to a well-characterized conventional strength concrete called WES5000. Finally, the ability of the new HRBM model to provide high-fidelity simulations of material property experiments is demonstrated by comparing HRBM simulations to laboratory material property data.
This paper is mai y focused to develop new concrete material model such as ultimate failure surface in compression-compression region, hardening rule and cracking criteria which are basically used in the nonlinear finite element analysis of nuclear prestressed concrete containment building. From the Kepri's experimental results, failure surface of the concrete based on the elasto-plastic material model is modified and new cracking criteria is proposed. Nonlinear FE analysis program using a new material model is implemented to analysis plane concrete. Finally, numerical simulation to compare the performance of the new material model with experimental results is employed. The numerical results by the proposed model in this study agree very well with the experimental data.
A new cable-supported bridge model consisting of suspension parts, self-anchored cable-stayed parts and earth-anchored cable-stayed parts is presented. The new bridge model can be used for suspension bridges, cable-stayed bridges, cable-stayed suspension bridges, and partially earth-anchored cable-stayed bridges by varying parameters. Based on the assumption that each structural member is in either an axial compressive or tensile state, and the stress in each member is equal to the allowable stress of the material, the material quantity for each component is calculated. By introducing the unit cost of each type of material, the estimation formula for the cost of the new bridge model is developed. Numerical examples show that the results from the estimation formula agree well with that from the real projects. The span limit of cable supported bridge depends on the span-to-height ratio and the density-to-strength ratio of cables. Finally, a parametric study is illustrated aiming at the relations between three key geometrical parameters and the cost of the bridge model. The optimization of the new bridge model indicates that the self-anchored cable-stayed part is always the dominant part with the consideration of either the lowest total cost or the lowest unit cost. It is advisable to combine all three mentioned structural parts in super long span cable supported bridges to achieve the most excellent economic performance.
In this paper, we introduce a new artificial material model for topology optimization. The present material model, named S-shape material model, accelerates topology optimization process especially in mathematical programming. We overcome the instability and the flatness in heuristic optimization process. Numerical examples show the superiority of the proposed material.
This paper presents a new uniaxial material model for rate-sensitive analysis addressing both the transient and steady-state responses. The new model adopts visco-plastic theory for the rate-sensitive response, and employs a three-parameter representation of the overstress as a function of the strain-rate. The third parameter is introduced in the new model to control its transient response characteristics, and to provide flexibility in fitting test data on the variation of overstress with strain-rate. Since the governing visco-plastic differential equation cannot be integrated analytically due to its inherent nonlinearity, a new single-step numerical integration procedure is proposed, which leads to high levels of accuracy almost independent of the size of the integration time-step. The new model is implemented within the nonlinear analysis program ADAPTIC, which is used to provide several verification examples and comparison with other experimental and numerical results. The companion paper extends the three-parameter model to trilinear static stress-strain relationships for steel and concrete, and presents application examples of the proposed models.
The objective of this work is to study the wave propagation of an FGM plate via a new integral inverse shear model with temperature-dependent material properties. In this contribution, a new model based on a high-order theory field of displacement is included by introducing indeterminate integral variables and inverse co-tangential functions for the presentation of shear stress. The temperature-dependent properties of the FGM plate are assumed mixture of metal and ceramic, and its properties change by the power functions of the thickness of the plate. By applying Hamilton's principle, general formulas of wave propagation were obtained to plot the phase velocity curves and wave modes of the FGM plate with simply supported edges. The effects of the temperature and volume fraction by distributions on wave propagation of the FGM plate are investigated in detail. The results of the dispersion and the phase velocity curves of the propagation wave in the functionally graded plate are compared with previous research.
In this research, an efficient mixed mode I/II fracture criterion is developed for fracture investigation of orthotropic materials wherein crack is placed along the fibers. This criterion is developed based on extension of well-known Maximum Tensile Stress (MTS) criterion in conjunction with a novel material model titled as Equivalent Reinforced Isotropic Model (ERIM). In this model, orthotropic material is replaced with an isotropic matrix reinforced with fibers. A comparison between available experimental observations and theoretical estimation implies on capability of developed criterion for predicting both crack propagation direction and fracture instance, wherein the achieved fracture limit curves are also compatible with fracture mechanism of orthotic materials. It is also shown that unlike isotropic materials, fracture toughness of orthotic materials in mode $I(K)_{IC}{\mid})$ cannot be introduced as the maximum load bearing capacity and thus new fracture mechanics property, named here as maximum orthotropic fracture toughness in mode $I(K_{IC}{\mid}^{ortho}_{max})$ is defined. Optimum angle between crack and fiber direction for maximum load bearing in orthotropic materials is also defined.
Computer-aided materials design requires new modeling approaches to characterize and represent fine-grained geometric structures and material compositions at multiple scales. Recently, a dual-Rep approach was developed to model materials microstructures based on a new basis function, called surfacelet. As a combination of implicit surface and wavelets, surfacelets can efficiently identify and represent planar, cylindrical, and ellipsoidal geometries in material microstructures and describe the distribution of compositions and properties. In this paper, these primitive surfacelets are extended and composite surfacelets are proposed to model more complex geometries. Composite surfacelets are constructed by Boolean operations on the primitives. The surfacelet transform is applied to match geometric features in three-dimensional images. The composition of the material near the identified features can then be modeled. A cubic surfacelet and a v-joint surfacelet are developed to demonstrate the reverse engineering process of retrieving material compositions from material images.
This article presents a new model called the periodic square wave(PSW) to describe the material flow of periodic processes involving an intermediate buffer. The material flows into and out of the intermediate buffer are assumed to be periodic square shaped. By using this model, It is proved that the classical economic lot size model with finite supply rate, the so-called EPQ model, can be applicable to the arbitrary periodic demand case. This new model relaxes the original assumption of the constant demand. It is shown, as a unique application example, that the explicit solution for determining both upstream and downstream economic lot size can be obtained with the aid of the PSW model. The PSW model provides more accurate information on analyzing the inventory and production system than the classical approach, without losing simplicity and increasing the computational burden.
Model material technique, which requires only the small space of experimental set-up and low cost for experiment, is used to estimate the deformed profile and the forging load in rotary forging. The materials and working conditions are determined to satisfy the similitude conditions between the model test and the prototype test. The model material of the so-called plasticine and the mild steel are chosen as specimens, and they represent almost the same value of strain gardening exponent in the stress-strain relationship. Lubricant in the model test is also carefully selected so that it gives the same frictional conditions at the tool-specimen interface. Experiments for two kinds of specimens are carried out in each testing equipment at room temperatue. From the experiments the deformed dimensions and the forging loads are measured and compared with each other by using the simulation coefficients. It is shown that there are good agreements between the model test and the prototype test. Finally, for verifying the availability of the model material technique this mathod is applied to forging of bevel gear product. the good result is obained which can demonstrate that the model material technique is very efficent for estimating or developing a new process.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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