An elastic-plastic contact analysis is developed using a semi-analytical method. The elastic contact is solved within a Hertz theorem. The reciprocal theorem with initial strains is then introduced, to express the surface geometry as a function of contact stress and plastic strains. The irreversible nature of plasticity leads to an incremental formulation of the elastic-plastic contact problem, and an algorithm to solve this problem is set up. Closed form expression, which give residual stresses and surface displacements from plastic strains, are obtained by integration of the reciprocal theorem. The distribution of contact stress, residual stress and plastic strain are obtained by the changed surface geometry.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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2001.06a
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pp.374-381
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2001
Surface roughness plays a significant role in friction, wear, and lubrication in machine components. Most engineering surfaces have tile nogaussian height distrubution. So, in this study, elastic-plastic contact simulations are conducted for not only gaussian surfaces but also nongaussian surfaces. Nongaussian rough surface considering the kurtosis is generated numerically. The contact simulation model takes into account the plastic deformation behaviors of asperities by setting a celing on their contact pressure at material hardness value. It will be shown that the performace variables such as real contact area fraction, plastic area fraction and average gap are sensitive to the characteristics of surface geometry according to kurtosis.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2005.04a
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pp.195-198
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2005
The role of elastic/plastic mismatch on the contact crack initiation is investigated for designing desirable surface-coated asymmetric layered composites. Various layered composites such as $Si_3N_4$ ceramics on $Si_3N_4+BN$ composite, soda-lime glass on various substrates with different elastic modulus for the analysis. Spherical indentation is conducted for producing contact cracks from the surface or interface between the coating and the substrate layer. A finite element analysis of the stress fields in the loaded layer composites enables a direct correlation between the damage patterns and the stress distributions. Implications of these conclusions concerning the design of asymmetric layered composites indicate that the elastic modulus mismatch is one of the important parameter for designing layered composite to prevent the initiation of contact cracks.
Gandhi, V.C. Sathish;Kumaravelan, R.;Ramesh, S.;Sriram, K.
Structural Engineering and Mechanics
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v.53
no.5
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pp.1051-1066
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2015
The study aims on the effect of material dependency in elastic- plastic contact models by contact analysis of sphere and flat contact model and wheel rail contact model by considering the material properties without friction. The various materials are selected for the analysis based on Young's modulus and yield strength ratio (E/Y). The simulation software 'ANSYS' is employed for this study. The sphere and flat contact model is considered as a flattening model, the stress and strain for different materials are estimated. The simulation of wheel-rail contact model is also performed and the results are compared with the flattening model. The comparative study has also been extended for finding out the mean contact pressure for different materials the E/Y values between 150 and 660. The results show that the elastic-plastic contact analysis for materials up to E/Y=296.6 is depend on the nature of material properties and also for this material the mean contact pressure to yield strength reaches 2.65.
Sathish Gandhi, V.C.;Ramesh, S.;Kumaravelan, R.;Thanmanaselvi, M.
Structural Engineering and Mechanics
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v.44
no.1
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pp.61-72
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2012
The paper is on contact analysis of a spherical ball with a deformable flat, considering the effect of tangent modulus on the contact parameters of a non-adhesive frictionless elastic-plastic contact. The contact analysis of this model has been carried out using analysis software Ansys and Abaqus. The contact parameters such as area of contact between two consecutive steps, volume of bulged material are evaluated from the formulated equations. The effect of the tangent modulus is considered for determining these parameters. The tangent modulus are accounted between 0.1E and 0.5E of materials E/Y value greater than 500 and less than 1750. Result shows that upto an optimal tangent modulus values the elastic core push up to the free surface in the flat. The simulation is also carried out in Abaqus and result provide evidence for the volume of bulged material in the contact region move up and flow into the free surface of the flat from the contact edge between the ball and flat. The strain energy of the whole model is varied between 20 to 40 percentage of the stipulated time for analysis.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.14
no.5
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pp.1129-1137
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1990
Based on the formulation which incorporates large deformation and anisotropy, an elastic-plastic finite element code is developed with membrane element to include the contact treatment. For the analysis of the general sheet metal forming process with contact condition, the treatment of contact is considered by employing the successive skew coordinate system. Three kinds of sheet metal forming processes with contact conditions are analyzed; stretching of a square diaphragm with a hemispherical punch, deep drawing of a circular cup and deep drawing of a square cup. Then the computational results are compared with the experiment. The computed loads and the distribution of the thickness strain are in good agreement with the experiment for all cases. However, the computational results of the thickness strain show the effect of bending can not be ignored in the deep drawing process whereas the effect of bending is negligible in stretching.
In an indentation approach, the smooth rigid spherical ball penetrated into a deformable flat is considered for the study based on contact mechanics approach. The elastic-plastic frictionless spherical indentation analysis has been under taken in the finite element analysis using "ABAQUS" and experimental study. The spherical indentation has been studied for the materials like steel, aluminium, copper and brass with an identical spherical indenter for diverse indentation depths. The springback analysis is executed for studying the actual indentation depth after the indenter is unloaded. In the springback simulation, the material recovers its elastic deformation after the indenter is unloaded. The residual diameter and depth of an indentation for various materials are measured and compared with simulation results. It shows a good agreement between the simulation and an experimental studies.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.17
no.11
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pp.158-164
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2000
In this study a computer program is developed for analyzing the elasto-plastic dynamic behaviors of the plate subjected to line-loading by a low-velocity impactor. The equilibrium equation associated with the Hertzian contact law is formulated to evaluate the transient dynamic behaviour of the impacted plate. Compared with an elastic analysis, the effects of material plasticity are presented. Consequently, in the case of elasto-plastic analysys, impulse decreases, displacements increase and contact time duration is longer than the elastic case for same finite element model. And the time variation of the impacting load is not significant due to the plasticity except at the beginning of impact duration, and the induced stresses of the plate are more realistic.
In the companion paper, we provided the novel elastic-plastic constitutive model based on the micromechanics theory. Herein, the elastic and elastic-plastic deformation of granular soils is meticulously analyzed. To guarantee high accuracy of the microscopic parameter, the systematic procedure to evaluate the parameters is provided. The analysis of the elastic response during the isotropic and triaxial compression shows that the stress-level dependency of cross-anisotropic elastic moduli is induced by the power relationship of the contact force in the normal contact stiffness, while the evolution of fabric anisotropy is more pronounced during triaxial compression. The micromechanical analysis indicates that the plastic strains are likely to occur at very small strains. The plastic deformation of tangential contacts has an important role in the reduction of soil stiffness during axial loading.
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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