The receding contact problem for two elastic layers whose elastic constants and heights are different supported by two elastic quarter planes is considered. The lower layer is supported by two elastic quarter planes and the upper elastic layer is subjected to symmetrical distributed load whose heights are 2a on its top surface. It is assumed that the contact between all surfaces is frictionless and the effect of gravity force is neglected. The problem is formulated and solved by using Theory of Elasticity and Integral Transform Technique. The problem is reduced to a system of singular integral equations in which contact pressures are the unknown functions by using integral transform technique and boundary conditions of the problem. Stresses and displacements are expressed depending on the contact pressures using Fourier and Mellin formula technique. The singular integral equation is solved numerically by using Gauss-Jacobi integration formulation. Numerical results are obtained for various dimensionless quantities for the contact pressures and the contact areas are presented in graphics and tables.
Ozsahin, Talat Sukru;Birinci, Ahmet;Cakiroglu, A. Osman
Structural Engineering and Mechanics
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v.18
no.4
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pp.441-459
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2004
This paper explores the potential use of neural networks (NNs) in the field of contact mechanics. A neural network model is developed for predicting, with sufficient approximation, the contact lengths between the elastic layer and two elastic circular punches. A backpropagation neural network of three layers is employed. First contact problem is solved according to the theory of elasticity with integral transformation technique, and then the results are used to train the neural network. The effectiveness of different neural network configurations is investigated. Effect of parameters such as load factor, elastic punch radii and flexibilities that influence the contact lengths is also explored. The results of the theoretical solution and the outputs generated from the neural network are compared. Results indicate that NN predicted the contact length with high accuracy. It is also demonstrated that NN is an excellent method that can reduce time consumed.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1997.10a
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pp.73-79
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1997
It is one of classical problems in the elastic theory to analyze contact stresses between elastic bodies. Concrete pavements under traffic wheel loads can be considered as one of these typical Problems. In the paper, Mindlin plate theory is used to consider the transverse shear effect, 8-node isoparametric plate bending element is adopted in this study, and an elastic plate resting on tensionless elastic half-space is analyzed by finite element method. The Boussineq's solution of elastic half-space is used to evaluate the flexibility of foundation. To obtain the boundary of contact area, the flexibility matrix of foundation is modified after each cycle of analysis iteratively. A Numerical example is presented by using these method.
The frictionless contact problem for a layered composite which consists of two elastic layers having different elastic constants and heights resting on two simple supports is considered. The external load is applied to the layered composite through a rigid stamp. For values of the resultant compressive force P acting on the stamp vertically which are less than a critical value $P_{cr}$ and for small flexibility of the layered composite, the continuous contact along the layer - the layer and the stamp - the layered composite is maintained. However, if the flexibility of the layered composite increases and if tensile tractions are not allowed on the interface, for P > $P_{cr}$, a separation may be occurred between the stamp and the layered composite or two elastic layers interface along a certain finite region. The problem is formulated and solved for both cases by using Theory of Elasticity and Integral Transform Technique. Numerical results for $P_{cr}$, separation initiation distance, contact stresses, distances determining the separation area, and the vertical displacement in the separation zone between two elastic layers are given.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.3
no.1
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pp.198-206
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2000
The transmission load of gear devices is important factor in the design of gear system. To design gear system precisely, an analysis and calculation methods for transmission load of gears are demanded. The purpose of this study is to develop a computer program for analyzing tooth load sharing of a spur gear system by means of the contact theory. In this paper, load transmission characteristics is identified with elastic contact problem which is assumed to quasi-static equilibrium. The modeling of spur gear tooth is accomplished by application of I-DEAS.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.2
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pp.235-241
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2001
A crack with electrically conducting surfaces in a linear electrostrictive ceramic subjected to uniform electric fields is analyzed. Complete forms of electric fields and elastic fields for the crack are derived by using the complex function theory. The linear electromechanical theory predicts overlapping of the traction free crack surfaces. It is shown that the surfaces of the crack are contact near the crack tip. The contact zone size obtained on the basis of the linear dielectric theory for the conducting crack does not depend on the electric fields and depends on only the original crack and the material property for the linear electrostrictive ceramic.
This paper presents the possibilities of adapting artificial neural networks (ANNs) to predict the dimensionless parameters related to the maximum contact pressures of an elasticity problem. The plane symmetric double receding contact problem for a rigid stamp and two elastic strips having different elastic constants and heights is considered. The external load is applied to the upper elastic strip by means of a rigid stamp and the lower elastic strip is bonded to a rigid support. The problem is solved under the assumptions that the contact between two elastic strips also between the rigid stamp and the upper elastic strip are frictionless, the effect of gravity force is neglected and only compressive normal tractions can be transmitted through the interfaces. A three layered ANN with backpropagation (BP) algorithm is utilized for prediction of the dimensionless parameters related to the maximum contact pressures. Training and testing patterns are formed by using the theory of elasticity with integral transformation technique. ANN predictions and theoretical solutions are compared and seen that ANN predictions are quite close to the theoretical solutions. It is demonstrated that ANNs is a suitable numerical tool and if properly used, can reduce time consumed.
The contact problem for an elastic layer resting on an elastic half plane is considered according to the theory of elasticity with integral transformation technique. External loads P and Q are transmitted to the layer by means of two dissimilar rigid flat punches. Widths of punches are different and the thickness of the layer is h. All surfaces are frictionless and it is assumed that the layer is subjected to uniform vertical body force due to effect of gravity. The contact along the interface between elastic layer and half plane will be continuous, if the value of load factor, ${\lambda}$, is less than a critical value, ${\lambda}_{cr}$. However, if tensile tractions are not allowed on the interface, for ${\lambda}$ > ${\lambda}_{cr}$ the layer separates from the interface along a certain finite region. First the continuous contact problem is reduced to singular integral equations and solved numerically using appropriate Gauss-Chebyshev integration formulas. Initial separation loads, ${\lambda}_{cr}$, initial separation points, $x_{cr}$, are determined. Also the required distance between the punches to avoid any separation between the punches and the layer is studied and the limit distance between punches that ends interaction of punches, is investigated. Then discontinuous contact problem is formulated in terms of singular integral equations. The numerical results for initial and end points of the separation region, displacements of the region and the contact stress distribution along the interface between elastic layer and half plane is determined for various dimensionless quantities.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1998.10a
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pp.405-412
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1998
According to the relative stiffness between the half-space and plate or loading condition, some parts of the plate can be separated from the half-space. The finite element procedure to determine the contact area by considering the distribution of contact pressure between plate and the elastic half-space is developed. The vertical surface displacements of the elastic half-space can be obtained through the integrations of the Boussinesq's solution for a point load. The rectangular plate on the elastic half-space is modeled by the 8-node rectangular and 6-node triangular elements and the Mindlin plate theory is used in oder to consider the transverse shear effect. In this study, the contact area may be determined approximately by the analysis with rectangular elements. From this results, the mesh pattern is modified by using triangular and rectangular elements. The contact area can be determined by the new mesh pattern with a relatively sufficient accuracy.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.12
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pp.3185-3194
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1994
In this study, an impact model and impact response analysis method was suggested for the impacts between arbitrary shaped bodies. Unlike the impacts between geometrically simple structures, there is no rules to analyze the impacts between general elastic structures First of all, it has been attempted to explain the impoot between arbitrary elastic structures as the elastic deformation of a virtual contact spring in the vicinity of contact points. The contact stiffness and the exponent are determined from the Hertz's contact theory and F. E. analysis. In order to evaluate the validities and limitations of the proposed methods, an impact tester and the miniature of container, missile and isolators have been provided and tested experimentally. All the experiments were performed with various impact conditions. The results obtained by the proposed methods were directly compared with the measured values in terms of maximum contract force, contact duration, the shape of contact force and the structure responses. The computed contact force and responses, using this proposed methods, were very close to the measured results, unless any plastic deformations were presented.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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