Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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제21권3호
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pp.155-165
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2017
The Hansel-Spittel constitutive model requires a total of nine parameters for flow stress prediction. Typically, the parameters are estimated by least squares methods for given tensile test measurements from a deterministic perspective. In this research we took a different approach, a probabilistic viewpoint, to see through the development of the Hansel-Spittel constitutive model. This perspective change showed that deterministic least squares methods are closely related to statistical maximum likelihood methods via Gaussian noise assumption. More intriguingly, this perspective shift revealed that the Hansel-Spittel constitutive model may leave out deterministic trends in residuals despite nearly perfect agreement with measurements. With tensile test measurements of AA1070 aluminum alloy, we demonstrated this deficiency of the Hansel-Spittel constitutive model, suggesting room for improvement.
With the continuous increase of computational capacity, more and more complex nonlinear elastoplastic constitutive models were developed to study the mechanical behavior of elastoplastic materials. These constitutive models generally contain a large amount of physical and phenomenological parameters, which often require a large amount of computational costs to determine. In this paper, an inverse parameter determination method is proposed to identify the constitutive parameters of elastoplastic materials, with the consideration of both strain rate effect and temperature effect. To carry out an efficient design, a hybrid optimization algorithm that combines the genetic algorithm and the Nelder-Mead simplex algorithm is proposed and developed. The proposed inverse method was employed to determine the parameters for an elasto-viscoplastic constitutive model and Johnson-cook model, which demonstrates the capability of this method in considering strain rate and temperature effect, simultaneously. This hybrid optimization algorithm shows a better accuracy and efficiency than using a single algorithm. Finally, the predictability analysis using partial experimental data is completed to further demonstrate the feasibility of the proposed method.
The constitutive relation is an important factor in analysis of confined concrete in composite structures. In order to propose a constitutive model for nonlinear analysis of confined concrete, lateral restraint mechanism of confined concrete is firstly analyze to study the generalities. As the foundation of the constitutive model, peak stress and peak strain is the first step in research. According to the generalities and the Twin Shear Unified Strength Theory, a novel unified equation for peak stress and peak strain are established. It is well coincident with experimental results. Based on the general constitutive relations and the unified equation for peak stress and peak strain, we propose a unified and convenient constitutive model for confined concrete with fewer material parameters. Two examples involved with steel tube confined concrete and hoop-confined concrete are considered. The proposed constitutive model coincides well with the experimental results. This constitutive model can also be extended for nonlinear analysis to other types of confined concrete.
조립재료는 댐, 철도, 교량 구조물 건설시 제체, 성토재, 뒤채움재, 배수재 등으로 널리 사용되고 있으며, 이러한 구조물의 거동해석을 위한 수치해석을 위해 구성모델에 대한 연구가 다양하게 진행되어 왔다. 본 논문에서는 조립재료의 거동을 예측하기 위해 개발된 구성모델에 대한 변수 연구를 수행하였다. 구성모델은 한계상태이론에 근간한 bounding surface 모델로서 한 세트의 모델 정수를 활용하여 배수 조건, 구속압, 간극비에 상관없이 조립재료의 거동을 구현할 수 있는 장점을 지니고 있다. 구성모델은 탄성 파라미터, 한계상태 파라미터, 모델 고유파라미터를 활용하여 재료의 거동을 분석하며, 본 연구에서는 모델 고유 파라미터에 대한 변수 연구를 수행하였다. 변수 연구를 통해 구성모델이 조립재료의 가장 큰 특징인 비관계유통법칙(non-associative flow rule)에 따른 체적팽창 및 응력경로 변화에 따른 이동경화 현상을 적절히 모사할 수 있음을 파악하였다.
In finite element method (FEM) simulations, constitutive models are widely used and developed to represent a wide range of true stress-strain curves using a small number of modeling parameters. Nevertheless, many studies has been conducted to find a suitable constitutive model and optimal modeling parameters to represent experimentally obtained true stress-strain curves. Therefore, in this study, a new constitutive modeling approach using the combined Swift and Voce model is suggested, and confirmed through comparisons of the experimental results with the FEM simulation results.
지반의 실제 거동을 보다 정확하게 표현하기 위한, 응력의 비등방성 및 시간의존적(time-dependent) 거동의 적절한 묘사는 특히 점성토의 응력-변형률 관계를 나타내는 구성관계식에 있어서 중요한 관심사이다. 본 연구에서는 적은 모델정수로 응력의 비등방성을 묘사할 수 있는 소성 구성관계식과, 대표적 시간의존적 거동인 변형률 속도 효과를 간편하게 표현할 수 있는 변형률속도 의존적 구성관계식을 일반 점성이론에 입각하여 조합하였다. 결론적으로 제안된 하나의 비등방성 변형률속도 의존적 구성관계식은 비교적 모델정수가 적고, 변형률속도가 바뀔 때마다 모델정수 값을 다시 결정할 필요가 없다는 장점이 있다. 제안된 구성모델은 인위적으로 제작된 균질한 시료를 이용한 실내시험을 통하여 검증되었으며, 상세 거동 및 문제점을 고찰하였다.
In order to theoretically analyze the creep behavior of high Cr steel at $600^{\circ}C$, a unified elasto-viscoplastic constitutive model based on the consideration of dislocation density is proposed. A combination of a kinetic equation describing the mechanical response of a material at a given microstructure in terms of dislocation glide and evolution equations for internal variables characterizing the microstructure provides the constitutive equations of the model. Microstructural features of the material such as the grain size and spacing between second phase particles are directly implemented in the constitutive equations. The internal variables are associated with the total dislocation density in a simple model. The model has a modular structure and can be adjusted to describe a creep behavior using the material parameters obtained from uniaxial tensile tests.
Uniaxial tensile tests were performed on porcine skin to investigate the tensile stress-strain constitutive characteristic at quasistatic deformations using uniaxial tensile tests. Experimental results were then used to determine the parameters of the various constitutive model types for rubber, including the Mooney-Rivlin, Yeoh, Ogden, and others. The Prony series viscoelastic model was also calibrated based on the stress relaxation test. To investigate the calibrated constitutive equations (visco-hyperelastic), the falling impact test was conducted. From the viewpoint of the maximum impact load, the error was approximately 15.87%. Overall, the Ogden model predicted the experimental measurements most reasonably. The calibrated constitutive model is expected to be of practical use in describing the mechanical properties of porcine skin.
Electrohydraulic forming (EHF) process is a high speed forming process that utilizes the electric energy discharge in fluid-filled chamber to deform a sheet material. This process is completed in a very short time of less than 1ms. Therefore, finite element analysis is essential to observe the deformation mechanism of the material in detail. In addition, to perform the numerical simulation of EHF, the material properties obtained from the high-speed status, not quasi static conditions, should be applied. In this study, to obtain the parameters in the constitutive equation of Al 6061-T6 at high strain rate condition, a surrogate model using an artificial neural network (ANN) technique was employed. Using the results of the numerical simulation with free-bulging die in LS-DYNA, the surrogate model was constructed by ANN technique. By comparing the z-displacement with respect to the x-axis position in the experiment with the z-displacement in the ANN model, the parameters for the smallest error are obtained. Finally, the acquired parameters were validated by comparing the results of the finite element analysis, the ANN model and the experiment.
Vagnon, Alexandre;Bouvardb, Didier.;Kapelskic, Georges
한국분말야금학회:학술대회논문집
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한국분말야금학회 2006년도 Extended Abstracts of 2006 POWDER METALLURGY World Congress Part 1
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pp.64-65
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2006
Anisotropic constitutive equations for sintering of metal powder compacts have been formulated from a linear viscous transversely-isotropic model in which an anisotropic sintering stress has been introduced to describe free sintering densification kinetics. The identification of material parameters defined in the model, has been achieved from thermomechanical experiments performed on 316L stainless steel warm-compacted powder in a dilatometer allowing controlled compressive loading.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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