The original elastoplastic Hardening Soil model is formulated actually partly under hexagonal pyramidal Mohr-Coulomb failure criterion, and can be only used in specific stress paths. It must be completely generalized under Mohr-Coulomb criterion before its usage in engineering practice. A set of generalized constitutive equations under this criterion, including shear and volumetric yield surfaces and hardening laws, is proposed for Hardening Soil model in principal stress space. On the other hand, a Mohr-Coulumb type yield surface in principal stress space comprises six corners and an apex that make singularity for the normal integration approach of constitutive equations. With respect to the isotropic nature of the material, a technique for processing these singularities by means of Koiter's rule, along with a transforming approach between both stress spaces for both stress tensor and consistent stiffness matrix based on spectral decomposition method, is introduced to provide such an approach for developing generalized Hardening Soil model in finite element analysis code ABAQUS. The implemented model is verified in comparison with the results after the original simulations of oedometer and triaxial tests by means of this model, for volumetric and shear hardenings respectively. Results from the simulation of oedometer test show similar shape of primary loading curve to the original one, while maximum vertical strain is a little overestimated for about 0.5% probably due to the selection of relationships for cap parameters. In simulation of triaxial test, the stress-strain and dilation curves are both in very good agreement with the original curves as well as test data.
An improvement is introduced to solve the plane problems of linear elasticity by reciprocal theorem for orthotropic materials. This method gives an integral equation with complex kernels which will be solved numerically. An artificial boundary is defined to eliminate the singularities and also an algorithm is introduced to calculate multi-valued complex functions which belonged to the kernels of the integral equation. The chosen sample problem is a plate, having a circular or elliptical hole, stretched by the forces parallel to one of the principal directions of the material. Results are compatible with the solutions given by Lekhnitskii for an infinite plane. Five different orthotropic materials are considered. Stress distributions have been calculated inside and on the boundary. There is no boundary layer effect. For comparison, some sample problems are also solved by finite element method and to check the accuracy of the presented method, two sample problems are also solved for infinite plate.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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v.12
no.1
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pp.13-23
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2008
In [7, 8], they proposed a new singular function(NSF) method to compute singular solutions of Poisson equations on a polygonal domain with re-entrant angles. Singularities are eliminated and only the regular part of the solution that is in $H^2$ is computed. The stress intensity factor and the solution can be computed as a post processing step. This method was extended to the interface problem and Poisson equations with the mixed boundary condition. In this paper, we give NSF method for the Helmholtz equations ${\Delta}u+Ku=f$ with homogeneous Dirichlet boundary condition. Examples with a singular point are given with numerical results.
The purpose of this study is to examine the characteristics of stress corrosion cracking(SCC) and acoustic emission(AE) signals for the weld HAZ of HT-60 steel under corrosion control in synthetic seawater. Corrosive environment was controlled by potentiostat, and SCC experiment was conducted using a slow strain rate test method at strain rate of 10$^{-5}$ /sec. In order to verify the miroscopic fracture behaviour of the weldment during SCC phenomena, AE test was done simultaneously. Besides, correlationship between mechanical parameters and AE ones was investigated. In case of the parent, reduction of area(ROA) at -0.5V was samller than any other applied voltage such as -0.8V and -1.1V. In addition, reduction of area for the PWHT specimens at -0.8mV was larger than that of the weldment due to the softening effect according to PWHT. In case of the weldment, a lots of events was produced because of the singularities of the weld HAZ compared with the parent.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.2
no.4
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pp.217-223
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1998
본 논문에서는 원형연단이 단순지지 되어 있을 때 단순과 자유의 방사연단 조건을 갖는 부채꼴형 평판의 휨진동에 대한 엄밀한 해석방법을 제시한다. Ritz방법을 이용하여 수직진동변위를 두가지 적합 함수식으로 가정하였다. 이러한 두가지의 적합 함수식은 (1) 수학적으로 완전한 대수삼각다항함수와, (2) 둔각 모서리에서의 휨모멘트 특이도를 고려하는 모서리함수로 구성되어있다. 본 연구에서는 방사연단의 둔각 모서리를 이루는 부채꼴형 각도의 범위에 따른 엄밀한 진동수 및 수직진동 변위의 전형적인 등고선을 제시하였다.
Considering stress singularities at point support locations, buckling solutions for plates with arbitrary number of point supports are hard to obtain. Thus, new Hp-Cloud shape functions with Kronecker delta property (HPCK) were developed in the present paper to examine elastic buckling of point-supported thin plates in various shapes. Having the Kronecker delta property, this specific Hp-Cloud shape functions were constructed through selecting particular quantities for influence radii of nodal points as well as proposing appropriate enrichment functions. Since the given quantities for influence radii of nodal points could bring about poor quality of interpolation for plates with sharp corners, the radii were increased and the method of Lagrange multiplier was used for the purpose of applying boundary conditions. To demonstrate the capability of the new Hp-Cloud shape functions in the domain of analyzing plates in different geometry shapes, various test cases were correspondingly investigated and the obtained findings were compared with those available in the related literature. Such results concerning these new Hp-Cloud shape functions revealed a significant consistency with those reported by other researchers.
Min-Geun, Kim;Seok-Chan, Kim;Jaeseung, Kim;Jai-Kyung, Lee;Geun-Ho, Lee
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.35
no.6
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pp.367-374
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2022
This papter presents the use of the automatic differential method based on the backpropagation method to obtain the design sensitivity and its application to topology optimization considering the stress constraints. Solving topology optimization problems with stress constraints is difficult owing to singularities, the local nature of stress constraints, and nonlinearity with respect to design variables. To solve the singularity problem, the stress relaxation technique is used, and p-norm for stress constraints is applied instead of local stresses for global stress measures. To overcome the nonlinearity of the design variables in stress constraint problems, it is important to analytically obtain the exact design sensitivity. In conventional topology optimization, design sensitivity is obtained efficiently and accurately using the adjoint variable method; however, obtaining the design sensitivity analytically and additionally solving the adjoint equation is difficult. To address this problem, the design sensitivity is obtained using a backpropagation technique that is used to determine optimal weights and biases in the artificial neural network, and it is applied to the topology optimization with the stress constraints. The backpropagation technique is used in automatic differentiation and can simplify the calculation of the design sensitivity for the objectives or constraint functions without complicated analytical derivations. In addition, the backpropagation process is more computationally efficient than solving adjoint equations in sensitivity calculations.
A new numerical algorithm of finite element methods is presented to solve high Deborah number flow problems with geometric singularities. The steady inertialess planar 4 : 1 contraction flow is chosen for its test. As a viscoelastic constitutive equation, we have applied the globally stable (dissipative and Hadamard stable) Leonov model that can also properly accommodate important nonlinear viscoelastic phenomena. The streamline upwinding method with discrete elastic-viscous stress splitting is incorporated. New interpolation functions classified as rational interpolation, an alternative formalism to enhance numerical convergence at high Deborah number, are implemented not for the whole set of finite elements but for a few elements attached to the entrance comer, where stress singularity seems to exist. The rational interpolation scheme contains one arbitrary parameter b that controls the singular behavior of the rational functions, and its value is specified to yield the best stabilization effect. The new interpolation method raises the limit of Deborah number by 2∼5 times. Therefore on average, we can obtain convergent solution up to the Deborah number of 200 for which the comer vortex size reaches 1.6 times of the half width of the upstream reservoir. Examining spatial violation of the positive definiteness of the elastic strain tensor, we conjecture that the stabilization effect results from the peculiar behavior of rational functions identified as steep gradient on one domain boundary and linear slope on the other. Whereas the rational interpolation of both elastic strain and velocity distorts solutions significantly, it is shown that the variation of solutions incurred by rational interpolation only of the elastic strain is almost negligible. It is also verified that the rational interpolation deteriorates speed of convergence with respect to mesh refinement.
In this paper, the behavior of a crack between two half-planes of functionally graded materials subjected to arbitrary tractions is resolved using a somewhat different approach, named the Schmidt method. To make the analysis tractable, it is assumed that the Poisson's ratios of the mediums are constants and the shear modulus vary exponentially with coordinate parallel to the crack. By use of the Fourier transform, the problem can be solved with the help of two pairs of dual integral equations in which the unknown variables are the jumps of the displacements across the crack surfaces. To solve the dual integral equations, the jumps of the displacements across the crack surfaces are expanded in a series of Jacobi polynomials. This process is quite different from those adopted in previous works. Numerical examples are provided to show the effect of the crack length and the parameters describing the functionally graded materials upon the stress intensity factor of the crack. It can be shown that the results of the present paper are the same as ones of the same problem that was solved by the singular integral equation method. As a special case, when the material properties are not continuous through the crack line, an approximate solution of the interface crack problem is also given under the assumption that the effect of the crack surface interference very near the crack tips is negligible. It is found that the stress singularities of the present interface crack solution are the same as ones of the ordinary crack in homogenous materials.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.21
no.1
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pp.62-68
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2001
In order to characterize the microscopic fracture behaviour of the weldment din stress corrosion cracking(SCC) phenomena, SCC and acoustic emission(AE) tests were carried out simultaneously and the correlation between mechanical paramenters obtained from SCC and AE tests was investigated. In the case of base metal, much more AE events were produced at -0.5V than at -0.8V because of the dissolution mechanism before the maximum load. Regardless of the applied voltages to the specimens, however, AE events decreased after the maximum load. In the case of weldment, lots of AE events with larger amplitude $range(40{\sim}100dB)$ were produced because of the singularities of weld HAZ in comparision to the base metal and post-weld heat-treated(PWHT) specimens. Numerous and larger cracks for the weldment were observed on the fractured surfaces by SEM examination. From these results, it was concluded that SCC for the weldment appeared most severely in synthetic seawater. Weld HAZ was softened by PWHT which also contributed to the reduced susceptibility to corrosive environment in comparison to the weldment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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