Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2004.05a
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pp.233-236
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2004
The major objective of this paper is to clarify the effect of constitutive laws on bulk forming design based on the ideal flow theory. The latter theory is in general applicable for perfectly/plastic materials. However, its kinematics equations constitute a closed-form system, which are valid for any incompressible materials, therefore enabling us to extend design solutions based on the perfectly/plastic constitutive law to more realistic laws with rate sensitive hardening behavior. In the present paper, several constitutive laws commonly accepted for the modeling of cold and hot metal forming processes are considered and the effect of these laws on one particular plane-strain design is demonstrated. The closed form solution obtained describes a non-trivial nonsteady ideal process. The design solutions based on the ideal flow theory are not unique. To achieve the uniqueness, the criterion that the plastic work required to deform the initial shape of a given class of shapes into a prescribed final shape attains its minimum is adopted. Comparison with a non-ideal process is also made.
A strain-gradient crystal plasticity constitutive model was developed in order to predict the Hall-Petch behavior of a Ni-base polycrystalline superalloy. The constitutive model involves statistically stored dislocation and geometrically necessary dislocation densities, which were incorporated into the Bailey-Hirsch type flow stress equation with six strength interaction coefficients. A strain-gradient term (called slip-system lattice incompatibility) developed by Acharya was used to calculate the geometrically necessary dislocation density. The description of Kocks-Argon-Ashby type thermally activated strain rate was also used to represent the shear rate of an individual slip system. The constitutive model was implemented in a user material subroutine for crystal plasticity finite element method simulations. The grain size dependence of the flow stress (viz., the Hall-Petch behavior) was predicted for a Ni-base polycrystalline superalloy NIMONIC PE16. Simulation results showed that the present constitutive model fairly reasonably predicts 0.2%-offset yield stresses in a limited range of the grain size.
Al-Rousan, Rajai Z.;Alhassan, Mohammed A.;Hejazi, Moheldeen A.
Computers and Concrete
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v.22
no.6
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pp.539-550
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2018
Concrete is highly non-linear material which is originating from the transition zone in the form of micro-cracks, governs material response under various loadings. In this paper, the constitutive models published by many researchers have been used to generate novel stiffness parameters and constitutive curves for concrete. Following such linear material formulations, where the energy is conservative during the curvature, and a nonlinear contribution to the concrete has been made and investigated. In which, nonlinear concrete elastic modulus modeling has been developed that is capable-of representing concrete elasticity for grades ranging from 10 to 140 MPa. Thus, covering the grades range of concrete up to the ultra-high strength concrete, and replacing many concrete models that are valid for narrow ranges of concrete strength grades. This has been followed by the introduction of the nonlinear Hooke's law for the concrete material through the replacement of the Young constant modulus with the nonlinear modulus. In addition, the concept of concrete elasticity index (${\varphi}$) has been proposed and this factor has been introduced to account for the degradation of concrete stiffness in compression under increased loading as well as the multi-stages micro-cracking behavior of concrete under uniaxial compression. Finally, a sub-routine artificial neural network model has been developed to capture the concrete behavior that has been introduced to facilitate the prediction of concrete properties under increased loading.
This paper studies the reliability of an analytical tool for predicting the lateral load-deformation response of RC columns while subjected to lateral cyclic displacements and axial load. The analytical tool in this study is based on a fiber element model implemented into the program DRAIN-2DX (fiber element). The response of RC column under cyclic displacement is defined by the behavior of concrete, and reinforcing steel under general reversed-cyclic loading. A tri-linear stress-strain relationship for the cyclic behavior of steel is proposed and the improvement in the analytical results is studied. This study only considers the behavior of columns with flexural dominant mode of failure. It is concluded that with the implementation of appropriate constitutive material models, the described analytical tools can predict the response of the columns with reasonable accuracy when compared to experimental data.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2002.04a
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pp.453-460
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2002
Piezoelectric solids such as PZT and PLZT have been widely used as sensors or actuators for various smart structural systems. The main problem occurring in the applications is that a larger and larger actuation force is required to maximize the function of the system. This naturally leads to local concentrations of electric or stress fields near crack tips or geometric irregularities and thereby results in a nonlinear behavior of the system Hence, it becomes more important to Predict the nonlinear behavior of piezoelectric solids In this Paper we investigate the micro-mechanism of nonlinear behavior in piezoelectric materials and propose constitutive equations. The calculation results obtained from an associated finite element Program are shown to be qualitatively consistent with experiments.
This paper proposes a novel time-domain homogenization model combining the viscoelastic constitutive law with Eshelby's inclusion theory-based micromechanics model to predict the mechanical behavior of the particle reinforced composite material. The proposed model is intuitive and straightforward capable of predicting composites' viscoelastic behavior in the time domain. The isotropization technique for non-uniform stress-strain fields and incremental Mori-Tanaka schemes for high volume fraction are adopted in this study. Effects of the imperfectly bonded interphase layer on the viscoelastic behavior on the dynamic mechanical behavior are also investigated. The proposed model is verified by the direct numerical simulation and DMA (dynamic mechanical analysis) experimental results. The proposed model is useful for multiscale analysis of viscoelastic composite materials, and it can also be extended to predict the nonlinear viscoelastic response of composite materials.
A nonlinear finite element modeling approach is developed to assess the behavior of a dowel bar embedded on a single concrete block substrate, subjected to monotonic loading. In this approach, a discrete representation of the steel reinforcing bar is considered, using beam finite elements with nonlinear material behavior. The bar is connected to the concrete embedment through nonlinear Winkler spring elements. This modeling approach can only be used if a new constitutive model is developed for the spring elements, to simulate the deformability and strength of the concrete substrate. To define this constitutive model, an extensive literature review was conducted, as well as 3 experimental tests, in order to select the experimental data which can be used in the calibration of the model. Based on this data, an empirical model was established to predict the global dowel response, for a wide range of bar diameters and concrete strengths. This empirical model provided the information needed for calibration of the nonlinear Winkler spring model, valid for dowel displacements up to 4 mm. This new constitutive model is composed by 5 stages, in order to reproduce the concrete substrate response.
High temperature flow behaviors of AISI 4340 steel were investigated using isothermal compression tests under the temperature range from 850 to $1100^{\circ}C$ and a strain rate from 0.01 to $10s^{-1}$. The flow stress decreased with increasing compression temperature and decreasing strain rate. The dynamic softening related to the dynamic recrystallization was observed during hot deformation. The constitutive model based on Arrheniustyped equation with the Zener-Hollomon parameter was used to simulate the hot deformation behavior of AISI 4340 steel. The modification of the Zener-Hollomon parameter and lnA parameter resulted in the improvement of the calculation accuracy of the proposed constitutive model compared with the experimental flow curves. In addition, the process map of AISI 4340 steel was proposed. The instable process condition for hot deformation was predicted and its reliability was verified with the experimental observation.
Kim, Tae Hyun;Chang, Yoon-Suk;Kim, Min-Chul;Lee, Bong-Sang
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.13
no.1
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pp.61-68
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2017
Reactor pressure vessel (RPV) under severe accident conditions accompanied by core melting is exposed to direct high-temperature thermal loads. Understanding the creep behavior of the material is one of the most important factors for evaluating the structural integrity at these conditions. While damage evaluation studies have been conducted on critical structures of nuclear power plants through finite element (FE) analyses considering creep behavior, for accurate creep damage evaluation, constitutive equations considered in the FE analyses may have different results depending on the time hardening and strain hardening models as well as the tertiary creep consideration. The purpose of this study is to evaluate the creep damage under severe accident conditions by using FE method for a representative domestic RPV material, SA508 Gr.3. The effect of material hardening models and constitutive equations which are the main variables were also investigated.
We investigated the effects of the chemical composition and the relative density on the plastic deformation behavior of sintered Fe-based alloys by means of compressive tests. Overall compressive stresses increased as the amount of alloying elements and the relative density were respectively increased. Addition of alloying elements except for Mo increased the yield stress regardless of the relative density. The relationship between the effects of the chemical composition and the relative density and the mean rate of the stress increase was analyzed. A constitutive equation based on the Ludwik equation with the regressed parameters was proposed to predict the compressive true stress-true strain curves of the sintered Fe-based alloys. The K and n values used in the proposed equation were regressed as a function of the alloying elements and the relative density based on the individual K and n values. The plastic deformation behavior predicted using the proposed constitutive equation showed reliable accuracy compared with experimental data.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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