A microstructure-based finite element simulation was conducted to predict the plastic strain ratio (R-value) of a dual-phase (DP) steel. The representative volume elements (RVEs) concept was adopted for the image-based FE modeling and a 3D model was constructed using sequential 2D images. Each phase was considered with the von-Mises yield criterion and the Swift model. The Swift parameters were defined by the empirical equations based on the chemical composition. The developed model was applied to analyze the effect of residual stress on the R-value and stress distribution. In order to consider the residual stress development after cold rolling, 10 % compression was applied in the thickness direction and unloaded before the tensile stress was applied in the rolling direction. The results showed a reasonable prediction for the R-value evolution: a sharp increase at small strains was well described and a transition followed in the downward direction. The R-value evolution was analyzed using the stress distribution change on the π-plane
In the study, investigation of fiber- reinforced composite materials that can be an alternative to conventional steel was performed by finite element analysis with the help of software. Steel and composite materials have been studied on a four axle truck chassis model. Three-dimensional finite element model was created with software, and then analyzes were performed. The analyses were performed for static and dynamic/fatigue cases. Fatigue cases are formed with the help of design spectra model and fatigue analyses were performed as static analyses with this design spectra. First, analyses were performed for steel and after that optimization analyses were made for the AS4-PEEK carbon fiber composite and Eglass-Epoxy fiber composite materials. Optimization of composite material analyzes include determining the total laminate thickness, thickness of each ply, orientation of each ply and ply stacking sequence. Analyzes were made according to macro mechanical properties of composite, micromechanics case has not been considered. Improvements in weight reduction up to %50 provided at the end of the composite optimization analyzes with satisfying stiffness performance of chassis. Fatigue strength of the composite structure depends on various factors such as, fiber orientation, ply thickness, ply stack sequence, fiber ductility, ductility of the matrix, loading angle. Therefore, the accuracy of theoretical calculations and analyzes should be correlated by testing.
A finite element analysis (FEA) model is established to investigate the concrete-encased concrete-filled steel tubular (CFST) column to reinforced concrete (RC) beam joints under cyclic loading. The feasibility of the FEA model is verified by a set of test results, consisting of the failure modes, the exposed view of connections, the crack distributions and development, and the hysteretic relationships. The full-range analysis is conducted to investigate the stress and strain development process in the composite joint by using this FEA model. The internal force distributions of different components, as well as the deformation distributions, are analyzed under different failure modes. The proposed connections are investigated under dimensional and material parameters, and the proper constructional details of the connections are recommended. Parameters of the beam-column joints, including material strength, confinement factor, reinforcement ratio, diameter of steel tube to sectional width ratio, beam to column linear bending stiffness ratio and beam shear span ratio are evaluated. Furthermore, the key parameters affecting the failure modes and the corresponding parameters ranges are proposed in this paper.
Kim, Jin-Koo;Song, Young-Hoon;Kwun, Hyong-Oh;Huh, Young
Journal of KSNVE
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v.7
no.5
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pp.789-796
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1997
In this study a conventional rubber mount and a new form of base isolator made of steel spring coated with natural and articial rubber were manufactured and tested on a shaking table to investigate the capacity of reducing the vertical vibration of a building induced by subway train. The model structure used in the test is a 1/4 scaled steel structure, and a white noise input and train vibration records were used to check the effectiveness of the isolators. According to the results all three types of isolators turned out to perform effectively in reducing the acceleration and the natural rubber-coated one is ranked best among the isolators. However the vertical displacement of the model is increased due to the instolation of the bearings, and the safty against the lateral load induced by earthquake ground motion should be provided to be able to apply the system to the real buildings.
High temperature flow behaviors of AISI 4340 steel were investigated using isothermal compression tests under the temperature range from 850 to $1100^{\circ}C$ and a strain rate from 0.01 to $10s^{-1}$. The flow stress decreased with increasing compression temperature and decreasing strain rate. The dynamic softening related to the dynamic recrystallization was observed during hot deformation. The constitutive model based on Arrheniustyped equation with the Zener-Hollomon parameter was used to simulate the hot deformation behavior of AISI 4340 steel. The modification of the Zener-Hollomon parameter and lnA parameter resulted in the improvement of the calculation accuracy of the proposed constitutive model compared with the experimental flow curves. In addition, the process map of AISI 4340 steel was proposed. The instable process condition for hot deformation was predicted and its reliability was verified with the experimental observation.
Modeling of physically non-linear behavior becomes more and more important for the analysis of SFRC structures in practical applications. From this point of view we will present an effective, three-dimensional constitutive model for SFRC, that is also easy to implement in commercial finite element programs. Additionally, the finite element analysis should only require standard material parameters which can be gained easily from conventional experiments or which are specified in appropriate building codes. Another important point is attaining the material parameters from experimental data. The procedures to determine the material parameters proposed in appropriate codes seem to be only approximations and are unsuitable for precise structural analysis. Therefore a finite element analysis of the test itself is used to get the material parameters. This process is also denoted as inverse analysis. The efficiency of the proposed constitutive model is demonstrated on the basis of numerical examples and their comparison to experimental results. In the framework of material parameter identification the idea of a new, indirect tension testing procedure, the "Modified Tension Test", is adopted and extended to an easy-to-carry-out tension test for steel fiber reinforced concrete specimens.
This paper is the first part of the study on the accuracy improvement of numerical analysis of steel welds. The aim of this paper is to raise the accuracy of thermal analysis results, such as the shape and size of the weld cross section and the hardness distribution in HAZ(Heat-Affected Zone). It is known that the factors affecting on the accuracy are thermal properties, metallurgical properties and welding heat source model. It was found that the arbitrary distributed heat source model should be used to predict practical weld cross section shape and size. Also, in order to improve the prediction accuracy of HAZ hardness distribution, it was essential to consider 2 CCT(Continuous Cooling Transformation) diagrams in calculating volume fraction of transformed phases. One is the peak temperature being around melting temperature. The other is the peak temperature being around metallurgical transformation temperature.
Impact performance of high-performance concrete (HPC) and SFRC at 28-day and 56-day under the action of repeated dynamic loading was studied. Silica fume replacement at 10% and 15% by mass and crimped steel fiber ($V_f$ = 0.5%- 1.5%) with aspect ratios of 80 and 53 were used in the concrete mixes. Results indicated that addition of fibers in HPC can effectively restrain the initiation and propagation of cracks under stress, and enhance the impact strengths and toughness of HPC. Variation of fiber aspect ratio has minor effect on improvement in impact strength. Based on the experimental data, failure resistance prediction models were developed with correlation coefficient (R) = 0.96 and the estimated absolute variation is 1.82% and on validation, the integral absolute error (IAE) determined is 10.49%. On analyzing the data collected, linear relationship for the prediction of failure resistance with R= 0.99 was obtained. IAE value of 10.26% for the model indicates better the reliability of model. Multiple linear regression model was developed to predict the ultimate failure resistance with multiple R= 0.96 and absolute variation obtained is 4.9%.
This study is aimed at developing the structural design interface module for the brace connections in order to improve the efficiency of the interoperability between structural design and BIM modeling at the construction design phase of steel structures. For this purpose, structural design module is first established according to the algorithm built by structural design standards of domestic and foreign. Then, it is developed interface module which can export the data of 3D model obtained from the BIM design tools to structural design module and feed structural design results back to 3D BIM model. Finally, the efficiency and practicality of the developed interface module is verified by applying to a sample model.
Golpasand, Gholamreza B.;Farzam, Masood;Shishvan, Siamak S.
Computers and Concrete
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v.25
no.2
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pp.181-192
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2020
Nowadays, steel fiber reinforced concretes (SFRCs) are widely used in practical applications. Significant experimental research has thus been carried out to determine the constitutive equations that represent the behavior of SFRCs under multiaxial loadings. However, numerical modelling of SFRCs via FEM has been challenging due to the complexities of the implementation of these constitutive equations. In this study, following the literature, a plasticity model is constructed for the behavior of SFRCs that involves the Willam-Warnke failure surface with the relevant evolution laws and a non-associated flow rule for determining the plastic deformations. For the precise (yet rapid) integration of the constitutive equations, an explicit substepping scheme consisting of yield intersection and drift correction algorithms is employed and thus implemented in ABAQUS via UMAT. The FEM model includes various material parameters that are determined from the experimental data. Three sets of parameters are used in the numerical simulations. While the first set is from the experiments that are conducted in this study on SFRC specimens with various contents of steel fibers, the other two sets are from the experiments reported in the literature. The response of SFRCs under multiaxial compression obtained from various numerical simulations are compared with the experimental data. The good agreement between numerical results and the experimental data indicates that not only the adopted plasticity model represents the behavior of SFRCs very well but also the implemented integration scheme can be employed in practical applications of SFRCs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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