The theory with hierarchical warping functions had been used to analyze composite thin-walled structure, laminated beam and had good results. In the present paper, a series of hierarchical warping functions are developed to analyze the cylindrical bending problems of composite lamina. These warping functions which refine through-the-thickness variation of displacements were composed of basic and corrective functions by taking into account of anisotropic, material discontinues, and transverse shear and normal strain. Then the hierarchical finite element method was used to form a numerical algorithm. The distribution of the displacements, in-plane stresses, transverse shear stresses and transverse normal stress for composite laminate were analyzed with the present model. The results show that the present model has precise mechanical response compared with the first deformation transverse theory and the corrective order affects the accuracy of result.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.18
no.3
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pp.467-473
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2017
This paper focuses on the investigation of three-dimensional (3D) warping effect on the stiffness constants of composite beams with closed section profiles. A finite element (FE) cross-sectional analysis is developed based on the Reissner's multifield variational principle. The 3D in-plane and out-of-plane warping displacements, and sectional stresses are approximated as linear functions of generalized sectional stress resultants at the global level and as FE shape functions at the local sectional level. The classical elastic couplings are taken into account which include transverse shear and Poisson deformation effects. A generalized Timoshenko level $6{\times}6$ stiffness matrix is computed for closed section composite beams with and without warping. The effect of neglecting the 3D warping on stiffness constants is shown to be significant indicating large errors as high as 93.3%.
This paper proposes a real-time simulation technique for thin shells undergoing large deformation. Thin shells are almost two-dimensional structures visually well approximated as surfaces, such as leaves, paper sheets, hats, aluminum cans. Unfortunately accurate simulation of these structures requires one of the most complex formulations in continuum mechanics, shell theory [4]. Moreover, there has not yet been any work reported to produce visually convincing animation of them while achieving real-time performance. Motivated by discrete shells [5] and modal warping [3], we formulate dynamics of thin shells using mass-spring models instead of finite element models, and then apply the modal warping technique to cope with large rotational deformation of thin shells. Experiments show that the proposed technique runs in real-time, and that it can simulate large bending and/or twisting deformations with acceptable realism.
This paper presents a new block stiffness matrix for the analysis an orthogonal Cartesian coordinate system. The displacement fields are defined using the first order shear deformable beam theory. The longitudinal displacement can be expressed as the sum of the projected plane deformation of the cross-section due to Timoshenko's beam theory and axial warping deformation due to modified Vlasov's thin-waled beam theory. The derived element takes into account flexural shear deformation and torsional warping deformation. Three different types of beam elements, namely, the two-noded, three-noded, and four-noded beam elements, are developed. The quadratic and cubic elements are found to be very efficient for the flexural analysis of laminated composite beams. The versatility and accuracy of the new element are demonstrated by comparing the numerical results available in the literature.
Flexible roll forming is an advanced sheet-metal-forming process that allows the production of parts with various cross-sections. During the flexible process, material is subjected to three-dimensional deformation such as transverse bending, inhomogeneous elongations, or contraction. Because of the effects of process variables on the quality of the roll-formed products, the approaches used to investigate the roll-forming process have been largely dependent on experience and trial- and-error methods. Web-warping is one of the major shape defects encountered in flexible roll forming. In this study, an SVR model was developed to predict the web-warping during the flexible roll forming process. In the development of the SVR model, three process parameters, namely the forming-roll speed condition, leveling-roll height, and bend angle were considered as the model inputs, and the web-warping height was used as the response variable for three blank shapes; rectangular, concave, and convex shape. MATLAB software was used to train the SVR model and optimize three hyperparameters (λ, ε, and γ). To evaluate the SVR model performance, the statistical analysis was carried out based on the three indicators: the root-mean-square error, mean absolute error, and relative root-mean-square error.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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1995.10a
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pp.69-75
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1995
The deformation behavior of stainless steel-clad aluminum sheet metals under uniaxial tension has been investigated. The differences in mechanical properties such as elastic modulus, flow stress and plastic strain ratio, of component layers of the composite sheet gave rise to warping of the tensile specimens. The warping has been analyzed by FEM and the total force and momentum equilibria. The analyzed radii of curvature of the warped specimens were smaller than the measured data possibly due to elastic recovery during unloading. The differences in mechanical properties may also give rise to transverse stresses in the component layers. The transverse stresses have been analyzed on the assumption of isostrain and by the FEM in which the warping has been taken into account. The transverse stresses calculated by the FEM were lower than those by the isostrain hypothesis due to stress relaxation by the warping and turned out to be negligible compared with the longitudinal stresses. Consequently, the flow stresses of the composite sheets follow the rule of mixtures.
In this paper a boundary element method is developed for the general flexural-torsional buckling analysis of Timoshenko beams of arbitrarily shaped cross section. The beam is subjected to a compressive centrally applied concentrated axial load together with arbitrarily axial, transverse and torsional distributed loading, while its edges are restrained by the most general linear boundary conditions. The resulting boundary value problem, described by three coupled ordinary differential equations, is solved employing a boundary integral equation approach. All basic equations are formulated with respect to the principal shear axes coordinate system, which does not coincide with the principal bending one in a nonsymmetric cross section. To account for shear deformations, the concept of shear deformation coefficients is used. Six coupled boundary value problems are formulated with respect to the transverse displacements, to the angle of twist, to the primary warping function and to two stress functions and solved using the Analog Equation Method, a BEM based method. Several beams are analysed to illustrate the method and demonstrate its efficiency and wherever possible its accuracy. The range of applicability of the thin-walled theory and the significant influence of the boundary conditions and the shear deformation effect on the buckling load are investigated through examples with great practical interest.
This paper proposes a real-time simulation technique for thin rods undergoing large rotational deformation. Rods are thin objects such as ropes and hairs that can be abstracted as 1D structures. Development of a satisfactory physical model that runs in real-time but produces visually convincing animation of thin rods has been remaining a challenge in computer graphics. We adopt the energy formulation based on continuum mechanics, and develop a modal warping technique for rods that can integrate the governing equation in real-time. This novel simulation framework results from making extensions to the original modal warping technique, which was developed for the simulation of 3D solids. Experiments show that the proposed method runs in real-time even for large meshes, and that it can simulate large bending and/or twisting deformations with acceptable realism.
We apply higher-order beam theory to analyze the deflections and stresses of a cantilevered single leaf flexure in bending. Our equations include shear deformation and the warping effect in bending. The results are compared with Euler-Bernoulli and Timoshenko beam theory, and are verified by finite element analysis (FEA). The results show that the higher-order beam theory is in a good agreement with the FEA results, with errors of less than 10%. These results indicate that the analysis of the deflections and stresses of a single leaf flexure should consider the shear and warping effects in bending to ensure high precision mechanism design.
The quantitative comparison of brain architecture across different subjects requires a common coordinate system, with respect to which the spatial variability of features form different individuals can be expressed. We have developed and implemented an image warping technique which is based on an elastic body deformation. The resulting 2D deformation map can be used to quantify anatomic differences between subjects. The technique's accuracy is tested, by warping 2D magnetic resonance images of age seventies into Talairach atlas.
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