The static analysis of structures with arbitrary cross-section geometry and material lamination via a refined one-dimensional (1D) approach is presented in this paper. Higher-order 1D models with a variable order of expansion for the displacement field are developed on the basis of Carrera Unified Formulation (CUF). Classical Euler-Bernoulli and Timoshenko beam theories are obtained as particular cases of the first-order model. Numerical results of displacement, strain and stress are provided by using the finite element method (FEM) along the longitudinal direction for different configurations in excellent agreement with three-dimensional (3D) finite element solutions. In particular, a layered thin-walled cylinder is considered as first assessment with a laminated conventional cross-section. An atherosclerotic plaque is introduced as a typical structure with arbitrary cross-section geometry and studied for both the homogeneous and nonhomogeneous material cases through the 1D variable kinematic models. The analyses highlight limitations of classical beam theories and the importance of higher-order terms in accurately detecting in-plane cross-section deformation without introducing additional numerical problems. Comparisons with 3D finite element solutions prove that 1D CUF provides remarkable three-dimensional accuracy in the analysis of even short and nonhomogeneous structures with arbitrary geometry through a significant reduction in computational cost.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.13
no.5
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pp.171-180
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2005
Bending performances of aluminum square tube beams reinforced by aluminum plates under three point bending loads have been evaluated using experimental tests combined with theoretical and finite element analyses. A finite element simulation for the three-point bending test was performed. Basic properties of aluminum materials used for initial input data of the finite element simulation were obtained from the true stress-true strain curves of specimens which had been extracted from the Al tube beams. True stresses were determined from applied loads and cross-sectional area records of a tensile specimen with a rectangular cross-section by real-time photographing, and true strains were obtained from in-situ local elongation measurements of the specimen gage portion by the multi-point scanning laser extensometer. Six kinds of aluminum tube beam specimens adhered by aluminum plates were employed fur the bending test. The bending deformation behaviors up to the maximum load described by the numerical simulation were in good agreement with experimental ones. After passing the maximum load, reinforcing plate was debonded from the aluminum tube beam. An aluminum tube beam strengthened by aluminum plate on the upper web showed an excellent bending capability.
Kim, Heon-Young;Choi, Jong-Gil;Kim, Jung-Min;Lee, Kang-Wook;Yeo, Tae-Jung
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.15
no.3
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pp.29-34
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2007
Numerical analyses are carried out to evaluate the cumulative impact damage of an automotive front end bumper under the low speed crash events(CMVSS215) by using explicit code. Results of first impact simulation, which are deformed shape, thickness, stress tensors and strain tensors, are used as the initial conditions for a next impact simulation. Between the events, the residual vibration is damped out by using nodal damping, and then recovery after each event is evaluated by several methods, one of which is a springback analysis with implicite finite element analysis code. The coupled analysis scheme for the evaluation of cumulative impact damage is verified through the comparison with test results.
Eutectic and off-eutectic Al-Fe alloys were unidirectionally solidified at the solidification rate of $1{\sim}50\;mm/min$ under the temperature gradients $75{\sim}80^{\circ}C/cm$. The investigation has been carried out for the microstructural variation, phase transition, mechanical properties by means of detailed analyses of stress-strain, micro-Vickers hardness and scanning electron micrography. The thermal stability at elevated temperature has been studied on $Al-Al_6Fe$ eutectic alloy held at $600^{\circ}C$ for $0{\sim}150$ hours. When the solidification rate was less than 10mm/min, the X-ray diffraction and EDS analysis showed the presence of $Al_3Fe$ compound. As the solidification rate more than 20 mm/min, $Al-Al_3Fe$ eutectic phase was transfered into $Al-Al_6Fe$ eutectic phase. The mechanical properties of unidirectionally solidified off-eutectic Al-Fe alloy is better than those of unidirectionally solidified eutecic Al-Fe alloy Maximum ultimate tensile strength was obtained in Al-2.25% Fe alloy which was unidirectionally solidified at the solidification rate of 20 mm/min. The metastable $Al-Al_6Fe$ phase was transferred into stable $Al-Al_3Fe$ phase at $600^{\circ}C$ held for 150 hours.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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1998.05a
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pp.83-114
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1998
The most widely accepted method for understanding the deformation mechanism of rock is from the use of computer simulation. However, if the changes in rock properties after excavation are significant this will prevent the computer simulation kent predicting the deformation with acceptable accuracy. If the deformations are, however, carefully measured in situ, the resulting data can be more useful far predicting the deformational behavior of underground openings, since the effect of the parameters which influence the deformational behavior are included in the measurement. In this study, extensive data analyses were carried out using the deformation measurements from the Waste Isolation Pilot Plant (WIPP), which is a permanent nuclear waste repository The results from computer simulations were compared with field measurements to evaluate the assumptions used in the computer simulations, For better description of the deformational behavior around underground excavations, several techniques were developed, namely: (a) the calculation of the zero strain boundary; (b) the evaluation of the influence of adjacent excavations on the deformational behavior of pre-excavated openings; (c) the description of the deformational behavior using in situ measurements; (d) the calculation of the shear stress distribution; and (e) the application of a Neural Network for the prediction of opening deformation.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.45
no.2
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pp.157-167
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2008
Six smooth flat tensile specimens and eighteen punch specimens with three different thicknesses were machined from steel of JIS G3131 SPHC. In addition to punch tests, incremental tensile tests were conducted to obtain average true flow stress - logarithmic true strain curves. Through parametric FE simulations for the tensile specimens, material parameters related to GTN model were identified. Using indenters with three kinds of radius, punch tests were carried out to obtain fracture characteristics of punch specimens. Numerical analyses using both fracture models, GTN and $J_2$ plasticity model, gave that the former estimated well the fracture of punch specimen but the latter did not. A new concept for critical size of plate elements was introduced based on minimum relative sharpness between contact structures. Consequently, a new criterion for critical element size was proposed to be less than 20% of minimum relative radius of interacting structures.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.8
no.5
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pp.1173-1178
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2007
A laboratory investigation is conducted to characterize and quantity fatigue life of continuously reinforced concrete pavement with initial cracks. Four specimens scaled were made based on results of finite-element analyses and stress-strain curve comparisons. Static tests were firstly performed to obtain magnitudes of static failure loads and to predict crack patterns before fatigue tests. The fatigue lives measured in the study were compared based on the initial crack spacing. The comparison indicates that the fatigue lives of most specimens increases with increasing the initial crack spacing. The results obtained in the study can be used for maintenance and retrofit of the continuously reinforced concrete pavements.
The small punch creep (SPC) test has recently received much attention as a new alternative to the conventional uniaxial creep test because it needs only a miniature-sized specimen directly detached from an operating system or component without any serious sampling damages. However, it is difficult to obtain the equivalent uniaxial creep data directly from the SPC data. As a specimen is deformed by a punch in the SPC test, the test result is sensitive to the friction between them. Finite element analyses with various friction coefficients was performed and showed a tendency of increased SPC life with an increased friction coefficient. The necking position predicted by the SPC simulation with a proper friction coefficient showed good agreement with that observed from the real SPC test. Finally, a noble method to convert the SPC load and displacement rate into the equivalent uniaxial creep stress and strain rate, respectively, was established in this study.
Characterization of discontinuous media is an endeavor that poses great challenge to engineers in practice. Since the inherent defects in cracked domains can substantially influence material resistance and govern its behavior, a lot of work is dedicated to efficiently model such effects. In order to overcome difficulties of material instability problems, one needs to comprehensively represent the geometry of cracks along with their impact on the mechanical properties of the intact material. In the present study, stress-strain results from laboratory experiments on Inada granite was used to derive crack tensor as a tool for the evaluation of fractured domain stability. It was found that the formulations proposed earlier could satisfactorily be employed to attain crack tensor via the invariants of which judgment on cracks population and induced anisotropy is possible. The earlier criteria based on crack tensor analyses were reviewed and compared to the results of the current study. It is concluded that the geometrical parameters calculated using mechanical properties could confidently be used to judge the anisotropy as well as strength of the cracked domain.
The present paper studies the influence of the inhomogeneous initial stresses in the bi-layered hollow cylinder and it is assumed that these stresses are caused by the hydrostatic pressures acting on the interior and outer free surfaces of the cylinder. The study is made by utilizing the version of the three-dimensional linearized theory of elastic waves in bodies with initial stresses for which the initial stress-strain state in bodies is determined within the scope of the classical linear theory of elasticity. For the solution to the corresponding eigenvalue problem, the discrete-analytical method is employed. Numerical results are presented and analyzed for concrete selected pairs of materials. According to these results and their analyses, it is established that, unlike homogeneous initial stresses, the influence of the inhomogeneous initial stresses on the torsional wave dispersion has not only quantitative but also qualitative character. For instance, in particular, it is established that as a result of the initial stresses caused by the hydrostatic pressure acting in the interior free surface of the cylinder, the cut-off frequency appears for the fundamental dispersive mode and the values of this frequency increase with the intensity of this pressure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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