A simplified material model, which was efficiently implemented in a three-dimensional finite solid element (3D FE) analysis for wood was developed. The bi-linear elasto-plastic anisotropic material theory was adopted to describe constitutive relations of wood in three major directions including longitudinal, radial and tangential direction. The assumption of transverse isotropy was made to reduce the requisite 27 material constants to 6 independent constants including elastic moduli, yield stresses and Poisson's ratios in the parallel, and perpendicular to grain directions. The results of Douglas fir compression tests in the three directions were compared to the 3D FE simulation incorporated with the wood material model developed in this study. Successful agreements of the results were found in the load-deformation curves and the permanent deformations. Future works and difficulties expected in the advanced application of the model were discussed.
A 3-node 3D co-rotational beam element using vectorial rotational variables is employed to consider the geometric nonlinearity in 3D space. To account for shape versatility and reinforced concrete cross-sections, fibre model has been derived and conducted. Numerical integration over the cross-section is performed, considering both normal and shear stresses. In addition, the derivations associated with material nonlinearity are given in terms of elasto-plastic incremental stress-strain relationship for both steel and concrete. Steel reinforcement is treated as elasto-plastic material with Von Mises yield criterion. Compressive concrete behaviour is described by Modified Kent and Park model, while tensile stiffening effect is taken into account as well. Through several numerical examples, it is shown that the proposed 3D co-rotational beam element with fibre model can be used to simulate steel and reinforced concrete framed structures with satisfactory accuracy and efficiency.
We present a numerical investigation on gaseous (ethylene-air mixture) detonation in the elastoplastical metal tubes to understand the wall effects associated with the developing detonation instability. The acoustic disturbances originating from the rapidly expanding tube walls reach the detonating flame surface, thereby causing flame distortions and total energy losses. The compressible Navier-Stokes equations with equation of state for gas and elasto-plastic deformation field equations for inert tubes are solved simultaneously to understand the complex multi-material interaction in the rapidly expanding gas pipe. In order to track governing variables across the material interface, we use the hybrid particle level-set and ghost fluid methods to precisely estimate the interfacial quantities. Features observed from the deforming (thin) tube show substantially different behavior when a detonation propagates in the rigid (thick) tube with no acoustically responding wall conditions.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.50
no.1
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pp.41-48
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2013
Several fatigue damages have recently been reported which cannot be resolved in the context of the existing fatigue design procedure, and they are suspected to be the cracks induced by the low cycle fatigue mechanism. To tackle the problem, a series of material tests together with fatigue tests have been carried out, and elasto-plastic notch strain analysis using nonlinear kinematic hardening model has been performed. The cyclic stress-strain curves are obtained and the nonlinear kinematic hardening model was calibrated based on the obtained material data. Also, the fatigue test with non-load-carrying cruciform fillet welded joint has been performed in low cycle fatigue regime. Then, the notch strain analyses have been carried out to find the precise elasto-plastic behavior of the material at the notch root of the cruciform joint. The variation of the material property from the base metal via HAZ up to the weld metal was taken into account using spatial variation of the material property. Then the detail elasto-plastic behavior of the welded joint subjected to the repeated cyclic loading has been investigated further through the comparison with the prediction with Neuber's rule. The calibration of the nonlinear kinematic hardening model and nonlinear notch strain analyses have been performed using the commercial FE program ABAQUS.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.8
no.2
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pp.19-25
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2004
The linear analysis for the balance of linear momentum of a structure is relatively easy to perform, but the error becomes large when the structure experiences large deformation. Therefore, the material and geometric nonlinearity need to be considered for the precise calculations in that case. The plastic flow of a ductile steel-like metal mainly transforms its dissipated mechanical energy into heat, which transfers under the first and second law of thermodynamics. This heat increases the temperature of the material and the strength of the material decreases accordingly, which affects mechanical behavior of the given structure. This paper presents a finite-strain thermo-elasto-plastic steel model. This model can handle large deformation and thermal load simultaneously, which is common during earthquake periods. Two 3-dimensional finite element analyses verify this formulation.
In this paper, large-deformation elasto-plastic analysis of space frames that considersjoint connection properties is presented. This method is based on the large-deformation formula with finite rotation, which was developed initially for elastic systems, and is extended herein to include the elasto-plastic effect and the member joint connection properties of semi-rigid what?. The analytical method was derived from the Eulerian concept, which takes into consideration the effects of large joint translations and rotations. The localmember force-deformation relationships were obtained from the beam-column approach, and the change caused by the axial strain in the member chord lengths and flexural bowing were taken into account. The effect of the axial force of the member on bending and torsional stiffness, and on the plastic moment capacity, is included in the analysis. The material is assumed to be ideally elasto-plastic, and yielding is considered concentrated at the member ends in the form of plastic hinges. The semi-rigid properties of the member joint connection are considered based on the power or linear model. The arc length method is usedto trace the post-buckling range of the elastic and elasto-plastic problems with the semi-rigid connection. A sample non-linear buckling analysis was carried out with the proposed space frame formulations to demonstrate the potential of the developed method in terms of its accuracy and efficiency.
Marzec, Ireneusz;Tejchman, Jacek;Winnicki, Andrzej
Computers and Concrete
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v.15
no.4
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pp.515-545
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2015
The paper presents results of FE simulations of the strain-rate sensitive concrete behaviour under dynamic loading at the macroscopic level. To take the loading velocity effect into account, viscosity, stress modifications and inertial effects were included into a rate-independent elasto-plastic formulation. In addition, a decrease of the material stiffness was considered for a very high loading velocity to simulate fragmentation. In order to ensure the mesh-independence and to properly reproduce strain localization in the entire range of loading velocities, a constitutive formulation was enhanced by a characteristic length of micro-structure using a non-local theory. Numerical results were compared with corresponding laboratory tests and available analytical formulae.
The paper presents experimental and numerical investigations of prefabricated composite structural building reinforced concrete slabs with the insulating material for a residential building construction. The building slabs were composed of concrete and expanded polystyrene. In experiments, the slabs in the full-scale 1:1 were subjected to vertical concentrated loads and failed along a diagonal shear crack. The experiments were numerically evaluated using the finite element method based on two different constitutive continuum models for concrete. First, an elasto-plastic model with the Drucker-Prager criterion defined in compression and with the Rankine criterion defined in tension was used. Second, a coupled elasto-plastic-damage formulation based on the strain equivalence hypothesis was used. In order to describe strain localization in concrete, both models were enhanced in the softening regime by a characteristic length of micro-structure by means of a non-local theory. Attention was paid to the formation of critical diagonal shear crack which was a failure precursor.
Kim, Byung-Min;Lee, Chan-Joo;Lee, Jung-Min;Lee, Sang-Jin
Proceedings of the KSME Conference
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2007.05a
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pp.1367-1372
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2007
Over the past decade, many computational researches have been performed to investigate quantitative relationships between load-displacement and material properties. But piling-up which causes errors to estimate mechanical material properties remains the most significant unresolved issue in nano-indentation test. This study has estimated quantitative aspects of the effects of material properties, especially work hardening exponent, on piling up/sinking in response of various materials. Using FE Analysis, piling up/sinking in response when material is indented by sharp indenter is investigated to evaluate the effects of material properties. From the FE analysis result, quantitative relationships between piling up/sinking in height and material properties is assessed using dimensional analysis which is used to define scaling variables and universal functions. And nano-indentaion test is performed to verify this relation on various materials. From the result of comparison with prediction from dimensional function and experiment, the work hardening exponent was found to have greater influence on the piling up/sinking in height during the nano-indentation than other material properties, such as elastic modulus and yield stress.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.4
no.6
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pp.18-26
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1996
A two dimensional thermo elasto-plastic finite element stress analysis was performed to study residual stress distributions in AI composites reinforced by SiC whisker and $ZrO_2$ ceramic joints. The influences on the residual stress distributions due to the difference of the reinforcement volume fraction and interlayer material property were investigated. Specifically, stress distributions between AI interlayer material property were investigated. Specifically, stress distributions between AI interlayer and $ZrO_2$ ceramic and between the AI interlayer and AI composite were computationally analzed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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