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.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2001.09a
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pp.381-388
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2001
Behavior characteristics of coil shaped elastoplastic dampers, a sort of hysteretic damper, are studied on through experiments and numerical analyses. The coil shaped elastoplastic damper shows bilinear force-deformation relationship, and no stress concentration is occurred in the device. Numerical model, which is constructed through calibration with experimental results, shows good agreement with experiment, The coil shaped elastoplastic damper has lower yielding strength and stiffness under transversal loading compared to axial leading. Additional studies are required on behavior characteristics according to configuration variation of coil shaped elastoplastic dampers.
An elastoplastic model for structured clays, which is formulated based on the fact that the difference in mechanical behavior of structured and reconstituted clays is caused by the change of fabric in the post-yield deformation range, is present in this paper. This model is developed from an elastoplastic model for overconsolidated reconstituted clays, by considering that the variation in the yield surface of structured clays is similar to that of overconsolidated reconstituted clays. However, in order to describe the mechanical behavior of structured clays with precision, the model takes the bonding and parabolic strength envelope into consideration. Compared with the Cam-clay model, only two new parameters are required in the model for structured clays, which can be determined from isotropic compression and triaxial shear tests at different confining pressures. The comparison of model predictions and results of drained and undrained triaxial shear tests on four different marine clays shows that the model can capture reasonable well the strength and deformation characteristics of structured clays, including negative and positive dilatancy, strain-hardening and softening during shearing.
A small strain and elastoplastic formulation of Polygonal Element Method (PEM) is developed for efficient analysis of elastoplastic solids. In this work, the polygonal elements are constructed based on traditional triangular finite meshes. The construction method of polygonal mesh can directly utilize the sophisticated triangularization algorithm and reduce the difficulty in generating polygonal elements. The Wachspress rational finite element basis function is used to construct the approximations of polygonal elements. The incremental variational form and a von Mises type model are used for non-linear elastoplastic analysis. Several small strain elastoplastic numerical examples are presented to verify the advantages and the accuracy of the numerical formulation.
본 연구에서는 지반의 비등방성을 고려한 점탄소성 bounding surface 모델의 정확성을 검증하고 모델정수의 영향을 고찰하였다. 이를 위하여 모델을 컴퓨터 프로그래밍 하였으며 실내시험을 실시하였다. 실내시험으로는 표준압밀시험, 등방/비등방 압밀 삼축압축시험, 크리프 시험 등이 실시되었다. 연구결과, 컴퓨터 프로그램을 이용한 해석결과와 실내시험 결과는 잘 부합되었으며, 탄소성 모델정수의 영향은 크지 않았으나 점소성 모델정수의 영향은 해석결과에 큰 영향을 미치는 것으로 고찰되었다.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.26
no.6
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pp.423-430
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2013
In this research, a paramteric study to account for the effect of interfacial strength and nanotube agglomeration on the elastoplastic behavior of carbon nanotube reinforced polypropylene composites is performed. At first, the elastoplastic behavior of nanocomposites is predicted from molecular dynamics(MD) simulations. By combining the MD simulation results with the nonlinear micromechanics model based on the Mori-Tanaka model, a two-step domain decomposition method is applied to inversely identify the elastoplastic behavior of adsorption interphase zone inside nanocomposites. In nonlinear micromechanics model, the secant moduli method combined with field fluctuation method is used to predict the elastoplastic behavior of nanocomposites. To account for the imperfect material interface between nanotube and matrix polymer, displacement discontinuity condition is applied to the micromechanics model. Using the elastoplastic behavior of the adsorption interphase zone obtained from the present study, stress-strain relation of nanocomposites at various interfacial bonding condition and local nanotube agglomeration is predicted from nonlinear micromechanics model with and without the adsorption interphase zone. As a result, it has been found that local nanotube agglomeration is the most important design factor to maximize reinforcing effect of nanotube in elastic and plastic behavior.
The thermal contact resistance(TCR) of nanosized contact spots has been investigated through a multiscale analysis which considers the resolution of surface topography. A numerical simulation is performed on the finite element model of rough surfaces. Especially, as the contact size decreases below the phonon mean free path, the size dependent thermal conductivity is considered to calculate the TCR. In our earlier model which follows an elastic material, the TCR increases without limits as the number of nanosized contact spots increases in the process of scale variation. However, the elastoplastic contact induces a finite limit of TCR as the scale varies. The results are explained through the plastic behavior of the two contacting models. Furthermore, the effect of air conduction in nanoscale is also investigated.
Trinh, Thanh-Huong;Nguyen, Dinh-Kien;Gan, Buntara S.;Alexandrov, S.
Structural Engineering and Mechanics
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v.58
no.3
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pp.515-532
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2016
The elastoplastic response of functionally graded material (FGM) beams resting on a nonlinear elastic foundation to an eccentric axial load is investigated by using the finite element method. The FGM is assumed to be formed from ceramic and metal phases with their volume fraction vary in the thickness direction by a power-law function. A bilinear elastoplastic behavior is assumed for the metallic phase, and the effective elastoplastic properties of the FGM are evaluated by Tamura-Tomota-Ozawa (TTO) model. Based on the classical beam theory, a nonlinear finite beam element taking the shift in the neutral axis position into account is formulated and employed in the investigation. An incremental-iterative procedure in combination with the arc-length control method is employed in computing the equilibrium paths of the beams. The validation of the formulated element is confirmed by comparing the equilibrium paths obtained by using the present element and the one available in the literature. The numerical results show that the elastoplastic post-buckling of the FGM beams is unstable, and the post-buckling strength is higher for the beams associated with a higher ceramic content. Different from homogeneous beams, yielding in the FGM beam occurs in the layer near the ceramic layer before in the layer near metal surface. A parametric study is carried out to highlight the effect of the material distribution, foundation support and eccentric ratio on the elastoplastic response of the beams.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.1A
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pp.115-123
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2008
The performance prediction of fiber-reinforced composites has attracted engineer's attention in many fields, and the various theoretical and numerical methods have been proposed to predict the behavior of the fiber-reinforced composites. An evolutionary damage model for progressive interfacial debonding between circular fibers and the matrix is newly incorporated into the micromechanics-based elastoplastic model proposed by Ju and Zhang (2001) in this framework. Using the proposed model, a series of numerical simulations are conducted to illustrate the elastoplastic behavior and evolutionary damage of the framework. Furthermore, the influence of the evolutionary interfacial debonding on the behavior of the composites is investigated by comparing it with the result of a stationary damage model.
Many foundation projects are built on red-bed soft rocks, and the damage evolution of this kind of rocks affects the safety of these projects. At present, there is insufficient research on the damage evolution of red-bed soft rocks, especially the progressive process from mesoscopic texture change to macroscopic elastoplastic deformation. Therefore, based on the dual-porosity characteristics of pores and fissures in soft rock, we adopted a cellular automata model to simulate the propagation of these voids in soft rocks under an external load. Further, we established a macro-mesoscopic damage model of red-bed soft rocks, and its reliability was verified by tests. The results indicate that the relationship between the number and voids size conformed to a quartic polynomial, whereas the relationship between the damage variable and damage porosity conformed to a logistic curve. The damage porosity was affected by dual-porosity parameters such as the fractal dimension of pores and fissures. We verified the reliability of the model by comparing the test results with an established damage model. Our research results described the progressive process from mesoscopic texture change to macroscopic elastoplastic deformation and provided a theoretical basis for the damage evolution of these rocks.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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