In the current study, a rate-dependent crystal plasticity finite element method (CPFEM) was used to simulate flow stress behavior and texture evolution of a body-centered cubic (BCC) crystalline material during plastic deformation at room temperature. To account for crystallographic slip and rotation, a rate-dependent crystal constitutive law with a hardening model was incorporated into an in-house finite element program, CAMPform3D. Microstructural heterogeneity and anisotropy were handled by assigning a crystallographic orientation to each integration point of the element and determining the stiffness matrix of the individual crystal. Uniaxial tensile tests of single crystals with different crystallographic orientations were simulated to determine the material parameters in the hardening model. The texture evolution during four different deformation modes - uniaxial tension, uniaxial compression, channel die compression, and simple shear deformation - was investigated based on the comparison with experimental data available in the literature.
One of the most important design criteria in military tunnels and armoured doors is to resist the blast loads with minimum structural weight. This can be achieved by using steel sandwich panels. In this paper, the nonlinear behaviour of steel sandwich panels, with different core materials: (1) Hollow (no core material); (2) Rigid Polyurethane Foam (RPF); and (3) Vulcanized Rubber (VR) under free air blast loads, was investigated using detailed 3D nonlinear finite element models in Ansys Autodyn. The accuracy of the finite element model proposed was verified using available experimental test data of a similar steel sandwich panel tested. The results show the developed finite element model can be reliably used to simulate the nonlinear behaviour of the steel sandwich panels under free air blast loads. The verified finite element model was used to examine the different parameters of the steel sandwich panel with different core materials. The result shows that the sandwich panel with RPF core material is more efficient than the VR sandwich panel followed by the Hollow sandwich panels. The average maximum displacement of RPF sandwich panel under different ranges of TNT charge (1 kg to 10 kg at a standoff distance of 1 m) is 49% and 53% less than the VR and Hollow sandwich panels, respectively. Detailed empirical design equations were provided to quantify the maximum deformation of the steel sandwich panels with different core materials and core thickness under a different range of blast loads. The developed equations can be used as a guide for engineer to design steel sandwich panels with RPF and VR core material under a different range of free air blast loads.
The formulas offered so far on the settlement of raft footings provide only a rough estimate of the actual settlement. One of the best ways to make an accurate estimation is to conduct 3-dimensional finite element analyses. However, the required procedure for these analyses is comparatively cumbersome and expensive and needs a bit more expertise. In order to address this issue, in this study, a raft footing settlement formula was developed based on ninety finite element model configurations. The formula was derived using multi-parameter exponential regression analyses. The settlement formula incorporates the dimensions and the elastic modulus of a rectangular raft, vertical uniform pressure and soil moduli and Poisson's ratios up to 5 layers. In addition to this, an equation was offered for the estimation of average deflection of the raft. The proposed formula was checked against 3 well-documented case studies. The formula that is derived from 3D finite element analyses is useful in optimising the raft properties.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.21
no.8
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pp.157-163
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2004
Scoliosis is a complex musculoskeletal dieses requiring 3-D treatment with surgical instrumentation. To investigate the effects of correction surgery, a finite element model of personalized model of the scoliotic spine that will allow the design of clinical test providing optimal estimation of the post-operation results was developed. Three dimensional skeletal parts, such as vertebrae, clavicle and scapular were modeled as rigid bodies with keeping their morphologies. Kinematical joints and spring elements were adapted to represent the inter-vertebral disc and ligaments respectively. With this model, two types of surgery procedure, distraction procedure with Harrington device and rod derotation procedure with pedicle screw and rod system had been carried out. The obtained simulation results were comparatively corresponding to the post operational outcomes and successfully demonstrated qualitative analysis of surgical effectiveness. From this analysis, it has been found that the preparing of appropriate rod curvature and its insertion was more important than just performing the excessive derotation for scoliosis correction.
The paper summarizes the dynamic-based assessment of a reinforced concrete arch bridge, dating back to the 50's. The outlined approach is based on ambient vibration testing, output-only modal identification and updating of the uncertain structural parameters of a finite element model. The Peak Picking and the Enhanced Frequency Domain Decomposition techniques were used to extract the modal parameters from ambient vibration data and a very good agreement in both identified frequencies and mode shapes has been found between the two techniques. In the theoretical study, vibration modes were determined using a 3D Finite Element model of the bridge and the information obtained from the field tests combined with a classic system identification technique provided a linear elastic updated model, accurately fitting the modal parameters of the bridge in its present condition. Hence, the use of output-only modal identification techniques and updating procedures provided a model that could be used to evaluate the overall safety of the tested bridge under the service loads.
Finite element simulations were conducted to investigate the influence of grain growth in the superplastic blow forming process. A microstructure-based constitutive model considering grain growth effects is proposed and used in the simulations. Also, a grain growth rate equation accounting for both static and dynamic grain growth is implemented. The simulations were made using a 2D plane-strain model for constrained blow forming and an axisymmetric model for free bulging. These two models showed different features during the forming stages. However, the forming pressure-time curve and the thickness distribution obtained by both simulations explained well the deformation hardening induced by the grain growth during superplastic forming. This study shows that grain growth is an important factor in determining the material behavior during superplastic deformation.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2008.10a
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pp.333-336
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2008
The groove rolling is a process that transforms the bloom or billet into a shape with circular section through a series of rolling. Inhibition of surface defect generation in groove rolling is a matter of great importance and therefore many research groups proposed a lot of models to find the location of surface defect initiation. In this study, we propose a model for maximum shear stress ratio over equivalent strain to catch the location of surface defect onset. This model is coupled with element removing method and applied to box groove rolling of POSCO No. 3 Rod Mill. Results show that proposed model in this study can find the location of surface defect initiation during groove rolling when finite element analysis results is compared with experiments. The proposed criterion has been applied successfully to design roll grooves which inhibits the generation of surface defect.
Nam Jin Won;Song Ha Won;Byun Keun Joo;Bang Choon Suk
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2004.05a
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pp.462-465
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2004
Since quasi-brittle materials like concrete show strain localization behavior accompanied by strain softening, a numerical drawback such as mesh sensitivity is appeared in the finite element analysis. In this paper, the so-called homogenized crack model which was introduced for three dimensional finite element analysis of fracture in concrete is studied for the mesh size dependence problem in fracture analysis. A homogenized crack element having a velocity discontinuity. is averaged to remove the mesh sensitivity in finite element analysis of concrete fracture. Numerical examples show that softening behavior of concrete fracture is successfully predicted without mesh sensitivity using the homogenized crack model.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.28
no.8
s.227
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pp.1140-1151
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2004
This paper reports on the finite elements analysis for die compaction process of cemented carbide tool parts. Experimental data were obtained under die compaction and triaxial compression with various loading conditions. The elastoplastic constitutive equations based on the yield function of Shima and Oyane were implemented into an explicit finite element program (ABAQUS/Explicit) and implicit finite element program (PMsolver/Compaction-3D) to simulate compaction response of cemented carbide powder during die compaction. For simulation of die compaction, the material parameters for Shima and Oyane model were obtained by uniaxial die compaction test. Explicit finite element results were compared with implicit results for cemented carbide powder.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.49
no.4
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pp.43-49
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2007
The reinforced concrete slab is one of main structure members in the construction industry sector. However, most of researches regarding to RC slabs have been focused on two-dimensional Mindlin-type plate element on the basis of laminated plate theory since three-dimensional solid element has a lot of difficulties in finite element formulation and costs in CPU time. In reality, the RC slabs are subjected to dynamic loads like a heavy traffic vehicle load, and thus should insure the safety from the static load as well as dynamic load. Once we can estimate the dynamic behaviour of RC slabs exactly, it will be very helpful for design of it. In this study, the 20-node solid element has been used to analyze the dynamic characteristics of RC slabs with clamped edges. The elasto-visco plastic model for material non-linearity and the smeared crack model have been adopted in the finite element formulation. The applicability of the proposed finite element has been tested for dynamic behaviour of RC slabs with respect to characteristics of concrete materials in terms of cracking stress, crushing strain, fracture energy and Poisson's ratio. The effect on dynamic behaviour is dependent on not crushing strain but cracking stress, fracture energy and Poisson's ratio. In addition to this, it is shown the damping phenomenon of RC slabs has been identified from the numerical results by using Rayleigh damping.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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