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.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2001.10a
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pp.204-207
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2001
The bending process for the circular curved tube and rectangular curved tube with fins can be developed by the hot metal extrusion machine with the multiple punches moving in the different velocity. The bending phenomenon can be controlled by the two variables. The one of them is the difference of velocity at the die exit section by the different velocity of billets through the multi-hole container. The other is the one by the different hole diameter. The results of the experiment show that the circular curved tube with fins and rectangular curved tube with pins can be formed by the extrusion process and that the curveture of the product can be controlled by the velocity of punch and diameter of container hole and that the defects such as the distortion of section and the thickness change of the wall of tube the folding and wrinkling of thin tube and fins did not happen after the bending processing by the extrusion bending machine.
The bending process for the rectangular and circular curled tube can be developed by the hot metal extrusion machine with the multiple punches moving in the different velocity. The bending phenomenon has been known to be occurred by the different of velocity at the die exit. The difference of velocity at the die exit section can be obtained by the different velocity of billets through the multi-hole container and by the cohesion of billet Inside the porthole die chamber. The bending phenomenon can be controlled by the two variables, the one of them is the difference of velocity at the die edit section by the different velocity of billets through the multi-hole container The other is the difference by the different hole diameter The results of the experiment show that the rectangular curved tube can be formed by the extrusion process, that the curvature of the curved product can be controlled by the velocity of punch and the diameter of container hole, that the defects such as the distortion of section and the thickness change of the wall of tube and the folding and wrinkling of thin tube did not happen after the extra-bending processing by the extrusion bending machine.
The bending phenomenon has been known to be occurred by the difference of velocity at the die exit. The difference of velocity at the die exit section can be obtained by the different velocity of billets through the multi-hole container. The difference of velocity at the die exit can be controlled by the two variables, the one of them is the different velocity of extrusion punch through the multi-hole container, the other is the difference of hole diameter of muliti-hole container. In this paper the difference of hole diameter is applied. So it can bend during extruding products because of the different amount of two billets when billets would be bonded in the porthole dies cavity. And the bending curvature can be controlled by the size of holes. The experiments with aluminum material for the curved tube product had been done for circular or rectangular curved tube section. The results of the experiments show that the curved tube product can be formed by the extru-bending process without the defects such as distortion of section and thickness change of wall of tube and folding and wrinkling. The curvature of product can be controlled by shape of cross section and the difference of billet diameters. And it is known that the bonding and extruding and bending process can be done simultaneously in the die cavity by the experiments that rectangular hollow curved tubes could be extruded by porthole dies with four different size billets made of aluminum material. And it shows that bending phenomenon can happen during extruding with for different billets from the analysis by DEFORM-3D.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.25
no.2
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pp.163-173
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2012
This study covers the nonlinear analysis of anchor head for high strength prestressing strand and presents necessary process in improving the performance of anchor head. The surface of wedge for strand is contacted to the surface of the wedge hole on anchor head when it is fitted into the wedge hole, and the contact condition changes according to the level of load applied through the wedge. In order to analyze detailed behavior, nonlinear material model and contact element were used in analysis. It was found from the analysis that the behavior of anchor head is affected by the interaction with the wedge contacted so that the wedge in FE model should have the same figure as the actual object. Circular array of wedge hole presents better stress distribution than layer array even though the small difference in maximum deformation. Increment of thickness of anchor head and distance of wedge hole also improve the performance of anchor head.
Ran Feng;Tao Yang;Zhenming Chen;Krishanu Roy;Boshan Chen;James B.P. Lim
Steel and Composite Structures
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v.46
no.3
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pp.353-366
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2023
This paper presents a finite-element analysis (FEA) of aluminum alloy rectangular hollow sections (RHSs) and square hollow sections (SHSs) with circular through-openings under three-point and four-point bending. First, a finite-element model (FEM) was developed and validated against the corresponding test results available in the literature. Next, using the validated FE models, a parametric study comprising 180 FE models was conducted. The cross-section width-to-thickness ratio (b/t) ranged from 2 to 5, the hole size ratio (d/h) ranged from 0.2 to 0.8 and the quantity of holes (n) ranged from 2 to 6, respectively. Third, results obtained from laboratory test and FEA were compared with current design strengths calculated in accordance with the North American Specifications (NAS), the modified direct strength method (DSM) and the modified Continuous strength method (CSM). The comparison shows that the modified CSM are conservative by 15% on average for aluminum alloy RHSs and SHSs with circular through-openings subject to bending. Finally, a new design equation is proposed based on the modified CSM after being validated with results obtained from laboratory test and FEA. The proposed design equation can provide accurate predictions of flexural capacities for aluminum alloy RHSs and SHSs with circular through-openings.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.11
no.5
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pp.98-109
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1994
This paper is studied on the junction stress of the large tank and the cylindrical outlet such as a pressure vessel attached to a pope or nozzle theoretically. It is assumed that the diameter of tank is much larger than that of the nozzle cylinder, so it can be approximated that nozzle cylinder is attached to plate. As the current nozzle shape is manufactured as "Through Type" to reduce the stress concentration around the nozzle junction part of pressure vessel, a theoretical analysis on the cylinder with finite length should be performed to accomodate this fact. Each theoretical optimal values were obtained through the analysis of stress concentration caused by the variation of cylinder length and thickness, and these results were estimated by performing FEM Analysis. Analysis.
Based on the ideas of variational differential quadrature (VDQ) and finite element method (FEM), a numerical approach named as VDQFEM is applied herein to study the large deformations of plate-type structures under static loading with arbitrary shape hole made of functionally graded graphene platelet-reinforced composite (FG-GPLRC) in the context of higher-order shear deformation theory (HSDT). The material properties of composite are approximated based upon the modified Halpin-Tsai model and rule of mixture. Furthermore, various FG distribution patterns are considered along the thickness direction of plate for GPLs. Using novel vector/matrix relations, the governing equations are derived through a variational approach. The matricized formulation can be efficiently employed in the coding process of numerical methods. In VDQFEM, the space domain of structure is first transformed into a number of finite elements. Then, the VDQ discretization technique is implemented within each element. As the last step, the assemblage procedure is performed to derive the set of governing equations which is solved via the pseudo arc-length continuation algorithm. Also, since HSDT is used herein, the mixed formulation approach is proposed to accommodate the continuity of first-order derivatives on the common boundaries of elements. Rectangular and circular plates under various boundary conditions with circular/rectangular/elliptical cutout are selected to generate the numerical results. In the numerical examples, the effects of geometrical properties and reinforcement with GPL on the nonlinear maximum deflection-transverse load amplitude curve are studied.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.10
no.5
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pp.770-778
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1986
This paper is studied on the Junctiion of the large tank and the cylinderical outlet such as a pressure vessel attached a pipe or nozzle theoretically. It is assumed that the diameter of tank is much larger than that of the nozzle, so it can be approximated that nozzle is attached to plate. The analysis procedure can be viewed as the solution of interdependent subproblems: (a) the stress analysis of the cylinderical shell(nozzle), (b) the plane-stress analysis of the plate membrane problem, and (c) the analysis of the transverse bending deformation in the plate. On the procedure of (a), the Flugge formula are used, and the variables are the length and the ratio of the thickness to the radius of cylinderical shell. The solutions of thess problems are interrelated in the total solution through continuity and equilibrium conditions at the interface of middle planes of the plate and cylinderical shell.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.11
no.5
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pp.800-809
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1987
For precise stress analysis of pressure vessel nozzle junction area, it should be modelized as a cylindrical shell with a cylindrical outlet attached on it, but because of its geometrical complexity, exact analysis and solution is very difficult to obtain. So, when the nozzle diameter is small compared to that of vessel, it is general to simplify the model as a flat plate with a cylinder. As the current nozzle shape is manufactured as "Through Type" to reduce the stress concentration around the nozzle junction part of pressure vessel, a theoretical analysis on the cylinder with finite length should be performed to accomodate this fact. In this paper, the general solutions which were obtained by applying Fulgge's theory to the finite length cylinder, membrane and bending theory to the flat plate were superposed to analyze the model. Each theoretical optimal values were obtained through the analysis of stress concentration caused by the variation of cylinder length and thickness, and these results were estimated by performing model experimentation.mentation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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