The problem of interest is formulating elastic contact problem of a layered semi-infinite solid in terms of Fourier integral. The plane strain problem is considered for a solid composed of homogeneous isotropic two layers with different mechanical properties. General solutions for the subsurface stress and deformation field of frictionless elastic bodies under normal loading using of Fourier transformation technique are obtained. The numerical results for the stress distribution of coated solid for some particular cases are given.
This paper presents a new numerical solution of the ultimate lateral capacity of rectangular piles in clay. The two-dimensional plane strain finite element was employed to determine the limit load of this problem. A rectangular pile is subjected to purely lateral loading along either its major or minor axes. Complete parametric studies were performed for two dimensionless variables including: (1) the aspect ratios of rectangular piles were studied in the full range from plates to square piles loaded along either their major or minor axes; and (2) the adhesion factors between the soil-pile interface were studied in the complete range from smooth surfaces to rough surfaces. It was found that the dimensionless load factor of rectangular piles showed a highly non-linear function with the aspect ratio of piles and a slightly non-linear function with the adhesion factor at the soil-pile interface. In addition, the dimensionless load factor of rectangular piles loaded along the major axis was significantly higher than that loaded along the minor axis until it converged to the same value at square piles. The solutions of finite element analyses were verified with the finite element limit analysis for selected cases. The empirical equation of the dimensionless load factor of rectangular piles was also proposed based on the data of finite element analysis. Because of the plane strain condition of the top view section, results can be only applied to the full-flow failure mechanism around the pile for the prediction of limiting pressure at the deeper length of a very long pile with full tension interface that does not allow any separation at soil-pile interfaces.
Isogeometric concept is introduced to find out the optimum layout of plane structure under free vibration. Eigenvalue problem is formulated and numerically solved in order to obtain natural frequencies and mode shapes of plane structures. For the exact geometric expression of the structure, the Non-Uniform Rational B-spline Surface (NURBS) basis functions is employed and it is also used to define the material density functions. A node-wise design variables is adopted to deal with the updating of material density in topology optimization (TO). The definition of modal strain energy is employed to achieve the maximization of fundamental frequency through its minimization. The verification of the proposed TO technique is performed by a series of benchmark test for plane structures.
A finite element analysis to solve the coupled thermomechanical problem in the plane strain upsetting of the porous metals was performed. The analysis was formulated using the yield function advanced by Lee and kim and developed using the thermo-elasto-plastic time integration procedure. The density and temperature dependent thermal and mechanical properties of porous metals were considered. The internal heat generation by the plastic deformation and the changing thermal boundary conditions corresponding to the geometry were incorporated in the program. The distributions of the stress, strain, pressure, density and temperature were predicted during the free resting period, deformation period and dwelling period of the forging process.
The main goal of this research is to examine the in-plane and out-of-plane forced vibration of a curved nanocomposite microbeam. The in-plane and out-of-plane displacements of the structure are considered based on the first order shear deformation theory (FSDT). The curved microbeam is reinforced by functionally graded carbon nanotubes (FG-CNTs) and thus the extended rule of mixture is employed to estimate the effective material properties of the structure. Also, the small scale effect is captured using the strain gradient theory. The structure is rested on a nonlinear orthotropic viscoelastic foundation and is subjected to concentrated transverse harmonic external force, thermal and magnetic loads. The derivation of the governing equations is performed using energy method and Hamilton's principle. Differential quadrature (DQ) method along with integral quadrature (IQ) and Newmark methods are employed to solve the problem. The effect of various parameters such as volume fraction and distribution type of CNTs, boundary conditions, elastic foundation, temperature changes, material length scale parameters, magnetic field, central angle and width to thickness ratio are studied on the frequency and force responses of the structure. The results indicate that the highest frequency and lowest vibration amplitude belongs to FGX distribution type while the inverse condition is observed for FGO distribution type. In addition, the hardening-type response of the structure with FGX distribution type is more intense with respect to the other distribution types.
The standard numerical approximation of structural displacement field leads to the thickness-wise transverse shear stress distributions which are quite different from the exact ones. To overcome this inherent problem, an effective and reliable post-processing method is presented based on the strain recovery and the stress equilibrium, particularly for functionally graded cylindrical and conical elastic panels. The present method is developed in the framework of locking-free 2-D natural element method. Through the recovery of displacement component-wise derivatives, the element-wise discontinuous in-plane strain distributions are enhanced to be globally continuous and smoothened. And, using the continuous in-plane strains, the troublesome poor transverse shear stress distributions are enhanced through the thickness-wise integration of static equilibrium equations. The validity of present post-processing method is verified through the comparison with the reference solutions. In addition, the comparative experiments are also performed to investigate the difference between the present method and other available post-processing methods. The numerical results confirm that the present method provides the accurate transverse shear stress distributions which are consistent with the reference solutions and much better than other available methods.
In order to study the effect of strain states on the formation of shear textures during rolling in fcc metals, the evolution of textures was simulated by the full constrain model using various ideal strain states. Considering rolling as a two-dimensional problem, i.e., $\varepsilon_{22}\;=\;\varepsilon_{12}\;=\;\varepsilon_{23}\;=\;0$, the deviation from the plane-strain state manifest itself as nonzero contribution of $\varepsilon_{13}$. With increasing variations of $\varepsilon_{13}$, shear textures develop. The sign of ell hardly affects the evolution of textures. The texture simulation with various idealized strain states indicates that the ratio $\mid\varepsilon_{13}\mid/\mid\varepsilon_{11}\mid$ in each time interval in a roll gap plays a dominant role in the evolution of textures during rolling.
Optimization of mesh discretization has been proposed to improve the accuracy of limit analysis solution of collapse load by using the Rigid Body Spring Model(R. B. S. M) under the plane strain condition. Moreover, the fracture behaviour of materials was investigated by employing the fracture mechanism of a spring connecting the triangular rigid body element. It has been clarified that the collapse load and the geometry of slip boundary for optimized mesh discretization were close to those of the slip line solution. Further, the wedge-shaped fracture of a cylinder under a lateral load and the central fracture of a strip in the drawing process were well simulated.
Rezaiee-Pajand, Mohammad;Masoodi, Amir R.;Rajabzadeh-Safaei, Niloofar
Steel and Composite Structures
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제30권6호
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pp.493-516
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2019
This paper is dedicated to nonlinear static and free vibration analysis of Uniform Distributed Carbon Nanotube Reinforced Composite (UD-CNTRC) structures under in-plane loading. The authors have suggested an efficient six-node triangular element. Mixed Interpolation of Tensorial Components (MITC) approach is employed to alleviate the membrane locking phenomena. Moreover, the behavior of the well-known LST element is considerably improved by applying an additional linear interpolation on the strain fields. Based on the rule of mixture, the properties of CNTRC are obtained. In this study, only the uniform distributed CNTs are employed through the thickness direction of element. To achieve the natural frequencies and shape modes, the eigenvalue problem is also solved. Using Total Lagrangian Principles, large amplitude free vibration is considered based on the first normalized mode shape of structure. Different well-known plane problem benchmarks and some proposed ones are studied to validate the accuracy and capability of authors' formulations. In addition, the effects of length to the height ratio of beam, CNT's characteristics, support conditions and normalized amplitude parameter on the linear and nonlinear vibration parameters are investigated.
The bucking and postbuckling behavior of composite laminated long cylinders under lateral pressure are investigated by the nonlinear finite element method. A long cylinder of 3-D shell problem is modelled as 2-D plane strain problem for analysis. And for the finite element analysis, eight nodes quadratic element is utilized. Arc-length method is adopted for the iteration and load-increment along postbuckling equilibrium path. The composite laminated cylinders in study are composed of cross-plied uniaxially reinforced shells. As a prsult, buckling load and postbuckling behavior are discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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