Shot peening is a cold surface treatment employed to induce residual stress field in a metallic component beneficial for increasing its fatigue strength. The experimental investigation of parameters involved in shot peening process is very complex as well as costly. The most attractive alternative is the explicit dynamics finite element (FE) analysis capable of determining the shot peening process parameters subject to the selection of a proper material's constitutive model and numerical technique. In this study, Ansys / LS-Dyna software was used to simulate the impact of steel shots of various sizes on an aluminium alloy plate described with strain rate dependent elasto-plastic material model. The impacts were carried out at various incident velocities. The influence of shot velocity and size on the plastic deformation, compressive residual stress and force-time response were investigated. The results exhibited that increasing the shot velocity and size resulted in an increase in plastic deformation of the aluminium target. However, a little effect of the shot velocity and size was observed on the magnitude of target's subsurface compressive residual stress. The obtained results were close to the published ones, and the numerical models demonstrated the capability of the method to capture the pattern of residual stress and plastic deformation observed experimentally in aluminium alloys. The study can be quite helpful in determining and selecting the optimal shot peening parameters to achieve specific level of plastic deformation and compressive residual stress in the aluminium alloy parts especially compressor blades.
Zhang, Benjiao;Mei, Can;Huang, Bin;Fu, Xudong;Luo, Gang;Lv, Bu
Geomechanics and Engineering
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v.12
no.4
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pp.611-626
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2017
The research reported herein is concerned with the model testing of piles socketed in soft rock which was simulated by cement, plaster, sand, water and concrete hardening accelerator. Model tests on a single pile socketed in simulated soft rock under axial cyclic loading were conducted and the bearing capacity and accumulated deformation characteristics under different static, and cyclic loads were studied by using a device which combined oneself-designed test apparatus with a dynamic triaxial system. The accumulated deformation of the pile head, and the axial force, were measured by LVDT and strain gauges, respectively. Test results show that the static load ratio (SLR), cyclic load ratio (CLR), and the number of cycles affect the accumulated deformation, cyclic secant modulus of pile head, and ultimate bearing capacity. The accumulated deformation increases with increasing numbers of cycles, however, its rate of growth decreases and is asymptotic to zero. The cyclic secant modulus of pile head increases and then decreases with the growth in the number of cycles, and finally remains stable after 50 cycles. The ultimate bearing capacity of the pile is increased by about 30% because of the cyclic loading thereon, and the axial force is changed due to the applied cyclic shear stress. According to the test results, the development of accumulated settlement is analysed. Finally, an empirical formula for accumulated settlement, considering the effects of the number of cycles, the static load ratio, the cyclic load ratio and the uniaxial compressive strength, is proposed which can be used for feasibility studies or preliminary design of pile foundations on soft rock subjected to cyclic loading.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.24
no.5
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pp.513-520
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2011
In this paper, the advanced explicit algorithm is proposed to simulate the stress-erection process analysis of Strarch system. The Strarch(Stressed-Arch) system is a unique and innovative structural system and member prestress comprising prefabricated plane truss frames which are erected by a post-tensioning stress-erection procedure. The flexible bottom chord which have sleeve and gap detail are closed by the reaction force of prestressing tendon. The prestress imposing to the tendon will make the Strarch system to be erected. This post tensioning process is called as "stress-erection process". During the stress-erection process, the plastic rigid body rotation is occurred to the flexible top chord by the excessive amount of plastic strain, and the structural characteristic becomes to be unstable. In this study, the large deformational beam-column element with plastic hinge is used to model the flexible top chord, and the advanced Dynamic Relaxation method(DRM) are applied to the unstable problem of stress-erection process of Strarch system. Finally, the verification of proposed explicit algorithm is evaluated by analysing the stress-erection of real project of Strarch system.
This paper employed finite element method (FEM) to study the dynamic response of Steel Fiber-Reinforced Concrete(SFRC) panels subjected to impact loading by spherical projectiles. The material properties and non-linear stress-strain curves of SFRC were obtained by compression test and flexural test. Various parametric studies, such as the effect of fiber volume fraction and thickness of panels, are made and numerical analyses are compared with experiments conducted. It is shown that protective performance of concrete panels will be improved by adding steel fiber. Area loss rates and weight loss rates are decreased with increasing fiber volume fraction. Also, penetration modes can be expected by FEM, showing well agreement with experiment. Results can be applied for designing the protection of military structures and other facilities against high-velocity projectiles.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2005.03a
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pp.1148-1158
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2005
This work reports results of our study on the dynamic responses of the buried pipelines both along the axial and the transverse directions under various boundary end conditions. We have considered three cases, i.e., the free ends, the fixed ends, and the fixed-free ends. We have studied the seismic responses of the buried pipelines with the various boundary end conditions both along the axial and the transverse direction. We have considered three cases, i.e., the free ends, the fixed ends, and the fixed-free ends for the axial direction, and three more cases including the guided ends, the simply supported ends, and the supported-guided ends for the transverse direction. The buried pipelines are modeled as beams on elastic foundation while the seismic waves as a ground displacement in the form of a sinusoidal wave. The natural frequency and its mode, and the effect of parameters have been interpreted in terms of free vibration. The natural frequency varies most significantly by the soil stiffness and the length of the buried pipelines in the case of free vibration, which increases with increasing soil stiffness and decreases with increasing length of the buried pipeline. Such a behavior appears most prominently along the axial rather than the transverse direction of the buried pipelines. The resulting frequencies and the mode shapes obtained from the free vibration for the various boundary end conditions of the pipelines have been utilized to derive the mathematical formulae for the displacements and the strains along the axial direction, and the displacements and the bending strains along the transverse direction in case of the forced vibration. The negligibly small difference of 6.2% between our result and that of Ogawa et. al. (2001) for the axial strain with a one second period confirms the accuracy of our approach in this study.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.2
no.4
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pp.11-21
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1982
The dynamic strain-time(${\varepsilon}$-t) curves of the fatal members in three existing steel railway bridges was measured during the selected trains was passing, and was regulated statistically. By the results of these the equivalent fatigue damages of the selected members was calculated in comparison with the allowable stresses, and was examined. From these the base available in evaluating the stability and the lifeproof of the steel railway bridge was obtained. In addition to this, the following several properties which could be used availably in designing the steel railway bridges. It was conformed that the fatigue damages was different each other even in the same members, if the unit weight of the trains was same but the weights and the dispositions of the wheels of the trains was different each other. It was indicated that the fatigue damages was larger in the members which had the defects in components of the materials, the flaws being made during producing and constructing, and the corrosions, etc. It was considered that more a vailable data could be obtained, if the same studies were continued under the spans and the types of the bridges being changed continuously.
Interfacial evaluation and hydrophobicity of Ni-nanopowder/epoxy composites were investigated for self-sensing and actuation. Contact resistance and resistivity were measured using gradient micro-specimens. The actuation of the composites in the electromagnetic field was studied with three wave functions, i.e., sine, triangle and square functions. Due tothe presence of hydrophobic domains on the heterogeneous surface, the static contact angle of Ni-nanopowder/epoxy nanocomposite wasabout $100^{\circ}$, which was rather lower than that for super-hydrophobicity. The dynamic contact angle showed the similar trend of static contact angle. Ni-nanopowder/epoxy composite was responded wellfor both self-sensing and actuation in electromagnetic field due to the intrinsic metal property of Ni-nanopowder. Displacement of the actuator of Ni-nanopowder/epoxy composite was evaluated to obtain the maximum and the optimum performance using laser displacement sensor as functions of the wave type, frequency, and voltage. Actuation of Ni-nanopowder/epoxy composites also increased as functions of applied frequency and voltage. Actuated strain increased more rapidly at sine wave with increasing voltage compared to those of triangle or rectangular waves.
Khatir, S.;Khatir, T.;Boutchicha, D.;Le Thanh, C.;Tran-Ngoc, H.;Bui, T.Q.;Capozucca, R.;Abdel-Wahab, M.
Smart Structures and Systems
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v.25
no.5
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pp.605-617
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2020
The existence of damages in structures causes changes in the physical properties by reducing the modal parameters. In this paper, we develop a two-stages approach based on normalized Modal Strain Energy Damage Indicator (nMSEDI) for quick applications to predict the location of damage. A two-dimensional IsoGeometric Analysis (2D-IGA), Machine Learning Algorithm (MLA) and optimization techniques are combined to create a new tool. In the first stage, we introduce a modified damage identification technique based on frequencies using nMSEDI to locate the potential of damaged elements. In the second stage, after eliminating the healthy elements, the damage index values from nMSEDI are considered as input in the damage quantification algorithm. The hybrid of Teaching-Learning-Based Optimization (TLBO) with Artificial Neural Network (ANN) and Particle Swarm Optimization (PSO) are used along with nMSEDI. The objective of TLBO is to estimate the parameters of PSO-ANN to find a good training based on actual damage and estimated damage. The IGA model is updated using experimental results based on stiffness and mass matrix using the difference between calculated and measured frequencies as objective function. The feasibility and efficiency of nMSEDI-PSO-ANN after finding the best parameters by TLBO are demonstrated through the comparison with nMSEDI-IGA for different scenarios. The result of the analyses indicates that the proposed approach can be used to determine correctly the severity of damage in beam structures.
Kim, Seugnwon;Jung, Haekook;Kim, Yongjae;Park, Cheolwoo
Structural Engineering and Mechanics
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v.65
no.2
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pp.163-171
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2018
Plain concrete is a brittle material with a very low tensile strength compared to compressive strength and critical tensile strain. This study analyzed the dynamic characteristics of high-performance fiber-reinforced cementitious composites based on slurry-infiltrated fiber concrete (SIFCON-based HPFRCC), which maximizes the steel-fiber volume fraction and uses high-strength mortar to increase resistance to loads, such as explosion and impact, with a very short acting time. For major experimental variables, three levels of fiber aspect ratio and five levels of fiber volume fraction between 6.0% and 8.0% were considered, and the flexural strength and toughness characteristics were analyzed according to these variables. Furthermore, three levels of the aspect ratio of used steel fibers were considered. The highest flexural strength of 65.0 MPa was shown at the fiber aspect ratio of 80 and the fiber volume fraction of 7.0%, and the flexural strength and toughness increased proportionally to the fiber volume fraction. The test results according to fiber aspect ratio and fiber volume fraction revealed that after the initial crack, the load of the SIFCON-based HPFRCC continuously increased because of the high fiber volume fraction. In addition, sufficient residual strength was achieved after the maximum strength; this achievement will bring about positive effects on the brittle fracture of structures when an unexpected load, such as explosion or impact, is applied.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.20
no.1
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pp.88-99
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1996
The explicit scheme for finite element analysis of sheet metal forming problems has been widely used for providing practical solutions since it improves the convergency problem, memory size and computational time especially for the case of complicated geometry and large element number. The explicit schemes in general use are based on the elastic-plastic modeling of material requiring large computataion time. In the present work, a basic formulation for rigid-plastic explicit finite element analysis of plain strain sheet metal forming problems has been proposed. The effect of some basic parameters involved in the dynamic analysis has been studied in detail. Thus, the effective ranges of parameters have been proposed for numerical simultion by the rigid-plastic explicit finite element method. A direct trial-and-error method is introduced to treat contact and friction. In computation, sheet material is assumed to possess normal anisotropy and rigid-plastic workhardening characteristics. In order to show the validity and effectiveness of the proposed explicit scheme, computations are carried out for cylindrical punch stretching and the computational results are compared with those by the implicit scheme as well as with a commercial code. The proposed rigid-plastic exlicit finite element method can be used as a robust and efficient computational method for analysis of sheet metal forming.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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