In this paper, path-independent values of the J-integral in the fininte element context for arbitrary two-dimensional and three-dimensional crack configurations in welds are presented. For the fracture mechanics analysis of cracks in welds, residual stress analysis and fracture analysis must be performed simultaneously. In the analysis of cracked bodies containing residual stress, the usual domain integral formulation results in path-dependent values of the J-integral. This paper discusses modifications of the conventional J-integral that yield path independence in the presence of residual stress generated by welding. The residual stress problem is treated as an initial strain problem and the J-integral modified for this class of problem is used. And a finite element program which can evaluate the J-integral for cracks in two-dimensional and three-dimensional residual stress bearing bodies is developed using the modified J-integral definition. The situation when residual stress only is present is examed as is the case when mechanical stresses are applied in conjunction with a residual stress field.
Singular stress fields around three-dimensional wedges are examined, and the near-tip intensity is calculated via the two-state M-integral with the aid of the domain integral representation. A numerical example demonstrates the effectiveness and accuracy of the present scheme for computing the stress intensities of singular stresses near the generic three-dimensional wedges.
Stress singularities appear at the interface edge in dissimilar materials also under thermal loading. First, these singularities then an interface meets a free side surface with an arbitrary angle are studied for a two-dimensional problem. The singular properties under thermal loading are made clear and the concrete singular field are obtained. Secondly, the dependence of stress field on elastic constants in axisymmetric dissimilar materials are. discussed. That is, it is shown that three elastic constants mutually independent are necessary, in general, to characterize the stress field of axisymmetric dissimilar materials, although Dunders' parameters defined for two-dimensional dissimilar materials have been often applied correspondingly also to axisymmetric problems.
This paper presents theoretical solutions for the three-dimensional (3D) stress field in an infinite isotropic elastic plate containing a through-the-thickness circular hole subjected to far-field in-plane loads by using Kane and Mindlin's assumption. The dangerous position, where the premature fracture or failure of the plate will take place, the expressions of the tangential stress at the surface of the hole and the out-of-plane stress constraint factor are found in a concise, explicit form. Based on the present theoretical solutions, a comprehensive analysis is performed on the deviated degree of the in-plane stresses from the related plane stress solutions, stress concentration and out-of-plane constraint, and the emphasis has been placed on the effects of the plate thickness, Poisson's ratio and the far-field in-plane loads on the stress field. The analytical solution shows that the effects of the plate thickness and Poisson's ratio on the deviation of the 3D in-plane stress components is obvious and could not be ignored, although their effects on distributions of the in-plane stress components are slight, and that the effect of the far-field in-plane loads is just on the contrary of that of the above two. When only the shear stress is loaded at far field, the stress concentration factor reach its peak value about 8.9% higher than that of the plane stress solutions, and the out-of-plane stress constraint factor can reach 1 at the surface of the hole and is the biggest among all cases considered.
This paper's objective is to investigate the effect of gravity on a micropolar thermoelastic medium with voids. The problem is assessed according to the three-phase-lag model. An analysis of the resulting non-dimensional displacement, temperature variation, and internal stress of the study material is carried out and presented graphically. The non-dimensional displacement, temperature, micro-rotation, the change in the volume fraction field and stress of the material are obtained and illustrated graphically. Comparisons are made with the results predicted by different theories for different values of gravity, the phase-lag of the heat flux and the phase-lag of the temperature gradient. The numerical results reveal that gravity and relaxation times have a significant influence on the distribution of the field quantities. Some notable insights of interest are deduced from the investigation.
A multiscale method is presented for analysis of thin slab structures in which the microstructures can not be reduced to two-dimensional plane stress models and thus three dimensional treatment of microstructures is necessary. This method is based on the classical asymptotic expansion multiscale approach but with consideration of the special geometric characteristics of the slab structures. This is achieved via a special form of multiscale asymptotic expansion of displacement field. The expanded three dimensional displacement field only exhibits in-plane periodicity and the thickness dimension is in the global scale. Consequently by employing the multiscale asymptotic expansion approach the global macroscopic structural problem and the local microscopic unit cell problem are rationally set up. It is noted that the unit cell is subjected to the in-plane periodic boundary conditions as well as the traction free conditions on the out of plane surfaces of the unit cell. The variational formulation and finite element implementation of the unit cell problem are discussed in details. Thereafter the in-plane material response is systematically characterized via homogenization analysis of the proposed special unit cell problem for different microstructures and the reasoning of the present method is justified. Moreover the present multiscale analysis procedure is illustrated through a plane stress beam example.
SGBEM-FEM 교호법이 Nikishkov, Park 및 Atluri 에 의하여 제안되었었다. 제안된 방법을 사용하면 임의 형태의 평면 혹은 비평면 삼차원 균열에 대하여 복합 모드의 응력강도계수를 구할 수 있다. 그러나 현장에서의 적용을 위해서는 이 방법의 정확성 및 신뢰성에 대한 검토가 더욱 필요하다. 따라서 본 논문에서는 응력강도계수에 영향을 주는 주요한 몇 가지 인자를 검토하였다. 그리고 원통의 내부 및 외부에 존재하는 원주방향 표면균열에 대한 응력강도계수를 구하여 기존의 해와 비교하였다. 그 결과 SGBEM-FEM 교호법은 이들 균열에 대하여 정확한 해를 주고 있음을 확인하였다.
This paper describes an automated evaluation of electrostatic field for micro motors whose sizes range 10 to 103um. Electric field modeling in micro motors has been generally restricted to in-plane two-dimensional finite element analysis (FEA). In this paper, the actual three-dimensional geometry of the micro motor is considered. An automatic FE mesh generation technique, which is based on the fuzzy knowledge processing and computational geometry techniques, is incorporated in the system, together with one of commercial FE analysis codes and one of commercial solid modelers. The system allows a geometry model of concern to be automatically converted to different FE models, depending on physical phenomena to be analyzed, electrostatic analysis and stress analysis and so on. The FE models are then exported to the FE analysis code, and then analyses are peformed. Then, analytical analysis and FE analysis about the torque generated by electrostatic micro motor are performed. The starting torque is proportional to $V^2$, the calculated starting torque from the two-dimensional analytical solutions are three times larger than those from the three-dimensional FE solutions.
The magnitude and the orientation of in-situ stresses contribute to ground displacement and stresses in the field of underground space. This paper investigates in-situ stresses at various depth on the basis of 392 data which were determined by over-coring and hydro-fracturing test methods in the Korea peninsula. The result shows that in-situ stress distribution are more or less non-uniform through the Granite and Gneiss sub-area, and that the K-value in the Volcanic sub-area are below 1 at the deep depth. Also, the result of three dimensional numerical analyses of tunnel shows that the direction and magnitude of displacement around tunnel are much effected by the stress difference between the maximum and the minimum horizontal stress.
Lee, In-Sub;Ryou, Hong-Sun;Lee, Seong-Hyuk;Chae, Soo
Journal of Mechanical Science and Technology
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제14권1호
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pp.93-102
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2000
The objective of the present study is to investigate the pressure-strain correlation terms of the Reynolds stress models for the three dimensional turbulent boundary layer in a $30^{\circ}$ bend tunnel. The numerical results obtained by models of Launder, Reece and Rodi (LRR) , Fu and Speziale, Sarkar and Gatski (SSG) for the pressure-strain correlation terms are compared against experimental data and the calculated results from the standard k-${\varepsilon}$ model. The governing equations are discretized by the finite volume method and SIMPLE algorithm is used to calculate the pressure field. The results show that the models of LRR and SSG predict the anisotropy of turbulent structure better than the standard k-${\varepsilon}$ model. Also, the results obtained from the LRR and SSG models are in better agreement with the experimental data than those of the Fu and standard k-${\varepsilon}$ models with regard to turbulent normal stresses. Nevertheless, LRR and SSG models do not effectively predict pressure-strain redistribution terms in the inner layer because the pressure-strain terms are based on the locally homogeneous approximation. Therefore, to give better predictions of the pressure-strain terms, non-local effects should be considered.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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