An implicit stress integration algorithm was formulated for implementing an aiusotorpic hardening constitutive model which has been based op the generalized isotropic hardening rule in nonlinear finite element analysis technique. the rate form of stress tensor was implicitly integrated using the generalized trapezoidal rule and the tangent stress-strain modulus was evaluated consistently with the nonlinear solution technique. As a result, it has been found that the nonlinear analysis with the anisotropic hardening constitutive model might be performed accurately and efficiently.
In transportation geotechnical engineering, stress-strain behavior of earth structures has been analyzed by numerical simulations with the implemented plasticity constitutive model. It is a fact that many advanced plasticity constitutive models on predicting the mechanical behavior of soils have been developed as well as experimental research works for geotechnical applications in the past decades. In this study, recently developed, a unified constitutive model for both clay and sand, which is referred to as CASM (clay and sand model), was compared with a classical constitutive model, Cam-Clay model. Moreover, integration methods of stress-strain rate equations using CASM were presented for simulation of undrained and drained triaxial compression tests. As a conclusion, it was observed that semi-implicit integration method has more improved accuracy of capturing strain rate response to applied stress than explicit integration by the multiple correction and iteration.
This paper verifies the accuracy and efficiency of the implicit stress integration algorithm for an anisotropic hardening constitutive model developed in a companion paper[Oh & Lee (1996)3. Simulation of undrained triaxial test results shows the accuracy of the method through an error estimation, and analyses of accuracy and convergence were performed for a numerical excavation problem. As a result, the stress was accurately integrated by the algorithm and the nonlinear solution was converged to be asymptotically quadratic. Furthermore nonlinear FE analysis of a real excavation problem was by performed considering the initial soil conditions and the in-situ construction sequences. The displacements of wall induced by excavation were more accurately estimated by the anisotropic hardening model than by the Cam-clay model.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1998.10a
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pp.92-98
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1998
Nonlinear finite element analyses of one dimensional consolidation problem were performed using an anisotropic hardening constitutive model. For the analyses, the anisotropic hardening elasto-plastic constitutive model based on the generalized isotropic hardening(GIH) rule was implemented into a nonlinear finite element analysis program, PLASTIC. In order to preserve the accuracy of the finite element solution for nonlinear problems, an implicit stress integration algorithm was employed. A consistent tangent moduli could also ensure the quadratic convergence of Newton's method. As a result, the nonlinear solution was accurately calculated and was converged to be asymptotically quadratic. In a consolidation problem, the relationship between load and settlement and between settlement and time vertical was analyzed comparing with results using the Cam-clay type model and the final consolidation settlement and the duration of primary consolidation could be evaluated rigorously using the GIH constitutive model.
The objective of this study is to perform finite element analyses using the anisotropic hardening constitutive model on the basis of the total stress concept. An anisotropic hardening constitutive model had been developed in a companion paper, and was then formulated by implicit stress integration and consistent tangent moduli. A nonlinear finite element analysis program was coded including the algorithm, and as a result, the nonlinear solution was accurately calculated and converged to be asymptotically quadratic. In the analysis of a test embankment it was found that the proposed model could predict the displacement of soils more reasonably than the analysis with von Mises type model. In addition the proposed model could predict accurately the actual behavior through the reanalysis of the problem by a reasonable evaluation of the strength parameter.
A constitutive model was implemented in ABAQUS code, The constitutive equation can model the behavior for overall range of strain level from small to large deformation, which is based on anisotropic hardening rule and total stress concept. The formulation includes (1) finite strain formulation on the basis of Jaumann rate, (2) implicit stress integration and (3) consistent tangent moduli. Therefore, the mathematical background was established in order that large deformation analysis can be performed accurately and efficiently with the anisotropic constitutive model. Companion paper(Jeon et al., 2002) will contain the large deformation analysis results of examples with the constitutive model using ABAQUS.
The successful performance of any numerical geotechnical simulation depends on the accuracy and efficiency of the numerical implementation of constitutive model used to simulate the stress-strain (constitutive) response of the soil. The corner stone of the numerical implementation of constitutive models is the numerical integration of the incremental form of soil-plasticity constitutive equations over a discrete sequence of time steps. In this paper a well known two-surface soil plasticity model is implemented using a generalized implicit return mapping algorithm to arbitrary convex yield surfaces referred to as the Closest-Point-Projection method (CPPM). The two-surface model describes the nonlinear behavior of coarse-grained materials by incorporating a bounding surface concept together with isotropic and kinematic hardening as well as fabric formulation to account for the effect of fabric formation on the unloading response. In the course of investigating the performance of the CPPM integration method, it is proven that the algorithm is an accurate, robust, and efficient integration technique useful in finite element contexts. It is also shown that the algorithm produces a consistent tangent operator $\frac{d\sigma}{d\varepsilon}$ during the iterative process with quadratic convergence rate of the global iteration process.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2005.04a
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pp.343-350
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2005
A constitutive model was implemented in ABAQUS code. The constitutive equation can model the behavior for overall range of strain level from small to large deformation, which is based on anisotropic hardening rule and total stress concept. The formulation includes (1) finite strain formulation on the basis of Jaumann rate, (2) implicit stress integration and (3) consistent tangent moduli. Therefore the mathematical background was established in order that large deformation analysis can be performed accurately and efficiently with the anisotropic constitutive model. In the large deformation analyses, geometric nonlinearity was considered and the result of analyses with the proposed model was compared with that of Mises model for the overall strain range behavior.
The objective of this article is investigation of dynamic response of thick multilayer functionally graded (FG) beam under generalized dynamic forces. The plane stress problem is exploited to describe the constitutive equation of thick FG beam to get realistic and accurate response. Applied dynamic forces are assumed to be sinusoidal harmonic, sinusoidal pulse or triangle in time domain and point load. Equations of motion of deep FG beam are derived based on the Hamilton principle from kinematic relations and constitutive equations of plane stress problem. The numerical finite element procedure is adopted to discretize the space domain of structure and transform partial differential equations of motion to ordinary differential equations in time domain. Numerical time integration method is used to solve the system of equations in time domain and find the time responses. Numerical parametric studies are performed to illustrate effects of force type, graduation parameter, geometrical and stacking sequence of layers on the time response of deep multilayer FG beams.
A constitutive equation was implemented in order to model the behavior in overall ranges from small to large strains, which is based on anisotropic hardening rule and total stress concept. The constitutive model was implemented in ABAQUS code in which large deformation analysis can be performed accurately and efficiently. The formulation includes (1) finite strain plasticity on the basis of Jaumann stress rate, (2) implicit stress integration and (3) consistent tangent moduli. A large deformation analysis was performed with the constitutive model using ABAQUS program. In the analysis of an actual embankment, it was found that the proposed model was formulated accurately and efficiently.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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