As a continuation of Part I, which developed a design formula of the minimum corner radius (Rmin) for restraining tribological failures, Part II investigates design parameters such as material properties and contact force. As design examples, Al 7075-T651, SST 304 and HT-9 are chosen for the materials and 1, 10 and 100 kN are used for the forces. The results show that the difference in Rmin decreases as either the elastic modulus increases or the contact force decreases. Given the same material and force, the permissible Rmin decreases as the flat region increases and vice versa. Because the Rmin values obtained from the examples are very small, the dimensions of the corner radius normally designed in engineering structures are regarded acceptable. The von Mises stress evaluated for a typical example, which is far below the yield strength, confirms this interpretation. Nevertheless, the present work can provide a design criterion as well as a guideline for quality control in the manufacturing of, in particular, contact corners, which has not been attempted before to the best of the author’s knowledge. In addition, this paper considers the problem of a step that may be formed in the contact contour by using a similar approach. The result shows that no size of the step is permissible.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.2
no.2
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pp.65-72
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2001
This paper demonstrates an explicit-implicit, finite element analysis for linear as well as nonlinear hygrothermal stress problems. Additional features, such as moisture diffusion equation, crack element and virtual crack extension(VCE) method for evaluating J-integral are implemented in this program. The Linear Elastic Fracture Mechanics(LEFM) Theory is employed to estimate the crack driving force under the transient condition for an existing crack. Pores in materials are assumed to be saturated with moisture in the liquid form at the room temperature, which may vaporize as the temperature increases. The vaporization effects on the crack driving force are also studied. The ideal gas equation is employed to estimate the thermodynamic pressure due to vaporization at each time step after solving basic nodal values. A set of field equations governing the time dependent response of porous media are derived from balance laws based on the mixture theory. Darcy's law is assumed for the fluid flow through the porous media. Perzyna's viscoplastic model incorporating the Von-Mises yield criterion are implemented. The Green-Naghdi stress rate is used for the invariant of stress tensor under superposed rigid body motion. Isotropic elements are used for the spatial discretization and an iterative scheme based on the full Newton-Raphson method is used for solving the nonlinear governing equations.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1997.10a
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pp.145-154
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1997
The results of optimum design by the deterministic approach adopted in the current design codes depend upon the safety levels of the applied code. But, it is now generally recognized that structural problems are nondeterministic and, consequently, that engineering optimum design must cope with uncertainties. Therefore, it is not an overstatement to affirm that the combination of reliability-based design procedures and optimization techniques is the only means of providing a powerful tool to obtain a practical optimum design solution. In the paper, reliability based optimum design procedure as a rational approach to optimum structural design is presented. The design constraints are formulated based on the ASD, LRFD and reliability theories. The reliability analysis is based on an advanced first-order second moment approach. Uncertainties in the structural strength and loading due to inherent variability as well as modeling and prediction errors are included in failure due to combined bending and shear. For the realistic reliability-based optimization of continuous steel box girder bridges, interactive non-linear limit state model is formulated based on the von Mises's combined stress yield criterion. Comparative results are presented when the ASD criteria are used for the optimum design of a structure under reliability constraints. In addition, this study comparatively shows the results of the optimum design for various criteria of design codes.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2009.05a
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pp.158-163
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2009
Titanium alloy sheets have excellent specific strength and corrosion resistance as well as good performance at high temperature. Recently, titanium alloys are widely employed not only aerospace parts but also bio prothesis and motorcycle. However, due to the low formability and large spring back at room temperature, titanium alloy sheets were usually formed by slow forming or hot forming with heating die and specimen. In the sheet metal forming area, FE simulation technique to optimize forming process is widely used. To achieve high accuracy FE simulation results, Identification of material properties and deformation characteristic such as yield function are very important. In this study, uniaxial tensile and biaxial tensile test of Ti-6Al-4V alloy sheet with thickness of 1.0mm were performed at elevated temperature of 873k. Biaxial tensile tests with cruciform specimen were performed until the specimen was breakdown to characterize the yield locus of Ti-6Al-4V alloy sheet. The experimental results for yield locus are compared with the theoretical predictions based on Von Mises, Hill, Logan-Hosford, and Balat's model. Among these Logan-Hosford's yield criterion well predicts the experimental results.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.30
no.4
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pp.127-135
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1993
The ultimate strength formulas of ship panels are suggested in a simple and suitable form. Firstly, these formulas are derived from a full description of the variables that govern plate strength by using statistical data of actual ships. Secondly, under the assumption of plate mid-edge collapse using the Von-Mises' yield criterion and the new buckling formula, a general equation for the ultimate strength estimation is also derived. The existing test data are compared with these new formulas and a good correlation is shown.
This paper treats the failure analysis of prestressing steel wires with different kinds of localised damage in the form of a surface defect (crack or notch) or as a mechanical action (transverse loads). From the microscopical point of view, the micromechanisms of fracture are shear dimples (associated with localised plasticity) in the case of the transverse loads and cleavage-like (related to a weakest-link fracture micromechanism) in the case of cracked wires. In the notched geometries the microscopic modes of fracture range from the ductile micro-void coalescence to the brittle cleavage, depending on the stress triaxiality in the vicinity of the notch tip. From the macroscopical point of view, fracture criteria are proposed as design criteria in damage tolerance analyses. The transverse load situation is solved by using an upper bound theorem of limit analysis in plasticity. The case of the cracked wire may be treated using fracture criteria in the framework of linear elastic fracture mechanics on the basis of a previous finite element computation of the stress intensity factor in the cracked cylinder. Notched geometries require the use of elastic-plastic fracture mechanics and numerical analysis of the stress-strain state at the failure situation. A fracture criterion is formulated on the basis of the critical value of the effective or equivalent stress in the Von Mises sense.
The nonlinear numerical analysis of the impact response of reinforced concrete/mortar beam incorporated with the updated Lagrangian method, namely the Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) is carried out in this study. The analysis includes the simulation of the effects of high mass low velocity impact load falling on beam structures. Three material models to describe the localized failure of structural elements are: (1) linear pressure-sensitive yield criteria (Drucker-Prager type) in the pre-peak regime for the concrete/mortar meanwhile, the shear strain energy criterion (Von Mises) is applied for the steel reinforcement (2) nonlinear hardening law by means of modified linear Drucker-Prager envelope by employing the plane cap surface to simulate the irreversible plastic behavior of concrete/mortar (3) implementation of linear and nonlinear softening in tension and compression regions, respectively, to express the complex behavior of concrete material during short time loading condition. Validation upon existing experimental test results is conducted, from which the impact behavior of concrete beams are best described using the SPH model adopting an average velocity and erosion algorithm, where instability in terms of numerical fragmentation is reduced considerably.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2002.04a
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pp.319-326
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2002
A p-version finite element model based on degenerate shell element is proposed for the analysis of orthotropic laminated plates. In the nonlinear formulation of the model, the total Lagrangian formulation is adopted with large deflection and moderate rotation being accounted for in the sense of von Karman hypothesis. The material model Is based on the Huber-Mises yield criterion and Prandtl-Reuss flow rule in accordance with the theory of strain hardening yield function, which is generalized for anisotropic materials by introducing the parameters of anisotropy. The model is also based on extension of equivalent-single layer laminate theory(ESL theory) with shear deformation, leading to continuous shear strain at the interface of two layers. The Integrals of Legendre Polynomials we used for shape functions with p-level varying from 1 to 10. Gauss-Lobatto numerical quadrature is used to calculate the stresses at the nodal points instead of Gauss points. The validity of the proposed p-version finite element model is demonstrated through several comparative points of view in terms of ultimate load, convergence characteristics, nonlinear effect, and shape of plastic zone
In the present study, the elasto-plastic analysis of prismatic plate structures subjected to pure bending is carried out using the finite strip method. The end cross-sections of the structure are assumed to remain plane during deformation, and the compatibility along corner lines is ensured by choosing proper displacement functions. The effects of both the initial geometrical imperfections and residual stresses due to fabrication are included in the combined geometrically and materially nonlinear simulation. The von-Mises yield criterion and the Prandtl-Reuss flow theory of plasticity are applied in modelling the elasto-plastic behavior of material. Newton-Raphson iterations are carried out as the rotation of the end cross sections of the structure is increased step by step. The parameter representing the overall axial strain of structure is adjusted constantly during the iteration process in order to eliminate the resulting overall axial force on any cross-section of the structure in correspondence with the assumption of zero axial force in pure bending. Several numerical examples are presented to validate the present method and to investigate the effects of some material and geometrical parameters.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.48
no.1
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pp.42-48
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2011
To define ice as a solid material, mathematical and physical characteristics and their application examples are investigated for several materials' yield functions which include isotropic elastic, isotropic elastic-plastic, classical Drucker-Prager, Drucker-Prager Cap, Heinonen's elliptic, Derradji-Aouat's elliptic, and crushable foam models. Taking into account brittle failure mode of ice subject to high loading rate or extremely low temperature, isotropic elastic model can be better practicable than isotropic elastic-plastic model. If a failure criterion can be properly determined, the elastic model will provide relatively practicable impact force history from ice-hull interactions. On the other hand, it is thought that the soil models can better predict the ice spalling mechanism, since they contain both terms of shear stress-induced and hydrostatic stress-induced failures in the yield function.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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