In the present study, a hyperelastic constitutive model is built by complying with a simplified hyperelastic strain energy function, which yields the numerical solution for a deformed polydimethylsiloxane (PDMS) membrane in the case of axisymmetric hydraulic pressure. Moreover, a nonlinear equilibrium model is deduced to accurately express the deformation of the membrane, laying a basis for precise analysis of the optical transfer function. Comparison to experimental and simulated data suggests that the model is capable of accurately characterizing the deformation behavior of the membrane. Furthermore, the stretch ratio derived from the model applies to the geometrical optimization of the deformed membrane.
Here, the axisymmetric free flexural vibrations and thermal stability behaviors of functionally graded spherical caps are investigated employing a three-noded axisymmetric curved shell element based on field consistency approach. The formulation is based on first-order shear deformation theory and it includes the in-plane and rotary inertia effects. The material properties are graded in the thickness direction according to the power-law distribution in terms of volume fractions of the constituents of the material. The effective material properties are evaluated using homogenization method. A detailed numerical study is carried out to bring out the effects of shell geometries, power law index of functionally graded material and base radius-to-thickness on the vibrations and buckling characteristics of spherical shells.
The optimal extrusion process for the rate sensitive materials have been developed in this study. The preliminary designs of the die shapes have been carried out to maintain constant strain rate during extrusion and the upper bound approach has been applied to define the process variables (the die entrance velocity and the die length) including the rheology during deformation. The result for the axisymmetric extrusion process has been verified with rigid-viscoplastic finite element analysis. It has been confirmed that the optimal die has wider band of constant strain rate than the conical one does.
In order to obtain homogeneous and high quality products in powder compaction forging process, it is very important to control stress, strain, density and density distributions. Therefore, it is necessary to understand quantitatively the elasto-plastic deformation and densification behaviors of porous metals and metal powders. In this study, elasto-plastic finite element method using Lee-Kim's pressure dependent porous material yield function has been used for the analysis of three dimensional indenting process. The analysis predicts deformed geometry, stress, strain and density distribution and load. The calculated load is in good agreement with experimental one. The calculated results do not show axisymmetric distributions because of the edge effect. The core part which is in contact with the indentor and the outer diagonal edge part are in compressive stress states and the middle part is in tensile stress state. As a results, it can be concluded that three dimensional analysis is more realistic than axisymmetric assumption approach.
A process sequence of multi-operation cold forging for actual application in industry is designed with the rigid-plastic finite element method to form a constant velocity joint housing(CVJ housing). The material flow during the CVJ housing forming is axisymmetric until the final forging process for forming of ball grooves. This study treats the deformation as an axisymmetric case. The main objective of the process sequence design is to obtain preforms which satisfy the design criteria of near-net-shape product requiring less machining after forming. The process sequence design also investigates velocity distributions, effective strain distributions and forging loads, which are useful information in the real process design.
This paper introduces two kinds of new four-node quadrilateral axisymmetric elements with independently-assumed strains. They are formulated by the modified Hellinger-Reissner principle so as to employ incompatible displacements and assumed strains. In one of the present elements, the strains from incompatible displacements are corrected to pass the constant strain patch test. The other contains incompatible functions that are obtained from the element boundary condition. The elements are evaluated on the several problems of bending and material incompressibility with regular and distorted meshes. The results show that the new element performs excellently in deformation and stress calculation.
The conventional closed-die forging processes had been applied to forging of the spur gears. But this type process requires high pressure. The commercial finite element analysis code ANSYS for the stress and elastic deformation of non-axisymmetric die was adopted in this study. In the non-axisymmetric die such as gear forging, maximum stresses were imposed on the tip of the gear tooth. When the stress exceeds yield strength of insert die, many approaches were attemped to prevent the die failure. Good shaped products are forged successfully. This type process could by used as an advanced technique to replace conventional hobbing process of gear.
The strength, deformation and buckling of a large engineering structure consisting of four ellipsoidal shells, two cylindrical shells with stiffening ribs and large holes, one conical shell and three pairs of large flanges under external pressure, self weight and heat sinks have been analysed by using two kinds of five different finite elements - four assumed displacement finite elements (shell element with curved surfaces, axisymmetric conical shell element with variable thickness, three dimensional eccentric beam element, axisymmetric solid revolutionary element) and an assumed stress hybrid element (a 3-dimensional special element developed by authors). The compatibility between different elements is enforced. The strength analyses of the top cover and the main vessel are described in the paper.
The present study is concerned with the thermoelastic interactions in a two dimensional axisymmetric problem in transversely isotropic thermoelastic solid using new modified couple stress theory without energy dissipation and with two temperatures. The Laplace and Hankel transforms have been employed to find the general solution to the field equations. Concentrated normal force, normal force over the circular region, concentrated thermal source and thermal source over the circular region have been taken to illustrate the application of the approach. The components of displacements, stress, couple stress and conductive temperature distribution are obtained in the transformed domain. The resulting quantities are obtained in the physical domain by using numerical inversion technique. The effect of two temperature varying by taking different values for the two temperature on the components of normal stress, tangential stress, conductive temperature and couple stress are depicted graphically.
Magnucki, Krzysztof;Stawecki, Wlodzimierz;Lewinski, Jerzy
Steel and Composite Structures
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제34권6호
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pp.795-802
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2020
The subject of the paper is a circular plate with symmetrically thickness-wise varying mechanical properties. The plate is simply supported and carries a concentrated force located in its centre. The axisymmetric bending problem of the plate with consideration of the shear effect is analytically and numerically studied. A nonlinear function of deformation of the straight line normal to the plate neutral surface is assumed. Two differential equations of equilibrium based on the principle of stationary potential energy are obtained. The system of equations is analytically solved and the maximum deflections and shear coefficients for example plates are derived. Moreover, the maximum deflections of the plates are calculated numerically (FEM), for comparison with the analytical results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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