The effect of static preload on the dynamic properties of rubber materials is rather important, especially when good isolation characteristics are required at high frequencies. However, there are still few papers for dynamic characteristics of compressed rubber components. It was demonstrated in reference (4) that for bonded rubber material of a cylindrical shape, a simplified theory equation between linear dynamic and nonlinear static behavior of rubber material was useful to predict their combined effects. This paper presents the second part of the study. It is confirmed that for the compressed rubber material, the stress can be factored into a function of frequency and a function of strain(stretch). The finite element methodis applied to analyze non-linear large deformation of rubber material and its results are compared with those of a simplified theory equation. The predicted dynamic material properties based on non-linear static finite element analyses have a good agreement of experimental results and those based on simplified theory equation.
Chao Li;Meng-meng Lu;Bin Zhu;Chao Liu;Guo-Yao Li;Pin-Qiang Mo
Geomechanics and Engineering
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v.37
no.1
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pp.9-19
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2024
This study presents an energy analysis for large-strain cavity expansion problem based on the general strength criterion and energy theory. This study focuses on the energy dissipation problem during the cavity expansion process, dividing the soil mass around the cavity into an elastic region and a plastic region. Assuming compliance with the small deformation theory in the elastic region and the large deformation theory in the plastic region, combined with the general strength criterion of soil mass and energy theory, the energy dissipation solution for cavity expansion problem is derived. Firstly, from an energy perspective, the process of cavity expansion in soil mass is described as an energy conversion process. The energy dissipation mechanism is introduced into the traditional analysis of cavity expansion, and a general analytical solution for cavity expansion related to energy is derived. Subsequently, based on this general analytical solution of cavity expansion, the influence of different strength criterion, large-strain, expansion radius, cavity shape and characteristics of soil mass on the stress distribution, displacement field and energy evolution around the cavity is studied. Finally, the effectiveness and reliability of theoretical solution is verified by comparing the results of typical pressure-expansion curves with existing literature algorithms. The results indicate that different strength criterion have a relatively small impact on the displacement and strain field around the cavity, but a significant impact on the stress distribution and energy evolution around the cavity.
Esfandiar, Habib;Korayem, Moharam H.;Haghpanahi, Mohammad
Structural Engineering and Mechanics
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v.62
no.5
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pp.619-629
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2017
This paper focuses on the study of complete dynamic modeling and maximum dynamic load carrying capacity computation of N-flexible links and N-flexible joints mobile manipulator undergoing large deformation. Nonlinear dynamic analysis relies on the Timoshenko theory of beams. In order to model the system completely and precisely, structural and joint flexibility, nonlinear strain-displacement relationship, payload, and non-holonomic constraints will be considered to. A finite element solution method based on mixed method is applied to model the shear deformation. This procedure is considerably more involved than displacement based element and shear deformation can be readily included without inducing the shear locking in the element. Another goal of this paper is to present a computational procedure for determination of the maximum dynamic load of geometrically nonlinear manipulators with structural and joint flexibility. An effective measure named as Moment-Height Stability (MHS) measure is applied to consider the dynamic stability of a wheeled mobile manipulator. Simulations are performed for mobile base manipulator with two flexible links and joints. The results represent that dynamic stability constraint is sensitive when calculating the maximum carrying load. Furthermore, by changing the trajectory of end effector, allowable load also changes. The effect of torsional spring parameter on the joint deformation is investigated in a parametric sensitivity study. The findings show that, by the increase of torsional stiffness, the behavior of system approaches to a system with rigid joints and allowable load of robot is also enhanced. A comparison is also made between the results obtained from small and large deformation models. Fluctuation range in obtained figures for angular displacement of links and end effector path is bigger for large deformation model. Experimental results are also provided to validate the theoretical model and these have good agreement with the simulated results.
In this paper, we propose a single framework based on the MPM(Material Point Method) that can represent the dynamic angular motion of the elementary particle unit. In this study, the particles can have various shapes while also describing linear and angular motion. As a result, unlike other particle-based simulations, which only represent linear movements of spherical (e.g. Circle, Sphere) particles, it is possible to express the visually dynamic motion of them. The proposed framework utilizes MPM, due to the fact that rotational motion can be decomposed and derived from large deformation. During the integration process of the presented technique, a deformation gradient tensor is decomposed by polar decomposition theory for extracting rotation tensor. By applying this together with the linear motion of each particle, as a result, it is possible to simultaneously express the angluar and linear motion of the particle itself. To verify the proposed method, we show the simulation of rotating particles scattering in the wind field, and the interaction(e.g. Collision) between a moving object and them by comparing the traditional MPM
This paper proposes a real-time simulation technique for thin shells undergoing large deformation. Thin shells are almost two-dimensional structures visually well approximated as surfaces, such as leaves, paper sheets, hats, aluminum cans. Unfortunately accurate simulation of these structures requires one of the most complex formulations in continuum mechanics, shell theory [4]. Moreover, there has not yet been any work reported to produce visually convincing animation of them while achieving real-time performance. Motivated by discrete shells [5] and modal warping [3], we formulate dynamics of thin shells using mass-spring models instead of finite element models, and then apply the modal warping technique to cope with large rotational deformation of thin shells. Experiments show that the proposed technique runs in real-time, and that it can simulate large bending and/or twisting deformations with acceptable realism.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1995.10a
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pp.736-739
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1995
The meshless adaptive method based on multiple scale analysis is developed to simulate large deformation problems. In the procedure, new particles are simply added to the orginal particle distribution because meshless methods do not require mesh structures in the formulations. The high scale component of the approximated solution detects the localized region where a refinement is needed. The high scale component of the second invariant od Green-Lagrangian strain tensor is suggested as the new high gradient detector for adaptive procedures. The feasibility of the proposed theory is demonstrated by a numerical experiment for the large deformation of hyperelastic materials.
Strain softening is observed for geomaterials such as rocks when they are sheared. The proper computational modelling for strain softening is very important because this behavior is closely related to failure in geotechnical problems. In this paper, we have investigated the proper FEM techniques for modelling strain softening in order to simulate failure behavior numerically. In showing numerical examples, the effects of element shape, mesh pattern and of imperfection and the difference between small and large deformation theories, of displacement control and pressure control after peak have been discussed.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.1
no.2
s.2
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pp.101-110
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2001
A large floating structure is attracting great attention in recent years from the view of ocean space utilization. Its huge scale in the horizontal directions compared with the wavelength and relatively shallow depth make this type of floating structure flexible and its wave-induced motion be characterized by the elastic deformation. In this paper, a boundary integral equation method is proposed to predict the wave-induced dynamic response mat-like floating offshore structure. The structure is modeled as an elastic plate and its elastic deformation is expressed as a superposition of free-vibration modes in air. This makes it straightforward to expand the well-established boundary integral technique for rigid floating bodies to include the hydroelastic effects. In order to validate the theoretical analysis, we compare with the experimental result of reduced model test. Satisfactory agreement is found between theory and experiment.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.4
no.4
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pp.433-439
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2001
A large floating structure is attracting great attention in recent years from the view of ocean space utilization. Its huge scale in the horizontal directions compared with the wavelength and relatively shallow depth make this type of floating structure flexible and its wave-induced motion be characterized by the elastic deformation. In this paper, a boundary integral equation method is proposed to predict the wave-induced dynamic response mat-like floating offshore structure. The structure is modeled as an clastic plate and its elastic deformation is expressed as a superposition of free-vibration modes in air. This makes it straightforward to expand the well-established boundary integral technique for rigid floating bodies to include the hydroelastic effects. In order to validate the theoretical analysis, we compare with the experimental result of previous model test. Satisfactory agreement is found between theory and experiment.
Embankments on soft ground experience significant deformation during time-dependent consolidation settlement, as well as an initial undrained settlement. Since infinitesimal strain theory assumes no configuration change and minute strain during deformation, finite strain analysis is required for better prediction of geotechnical problems involving large strain and geometric change induced by imposed loadings. Updated Lagrangian formulation is developed for time-dependent consolidation combining both force equilibrium and mass conservation of fluid, and mechanical constitutive equation is written in Janumann stress rate. Numerical convergence during Newton's iteration in large deformation analysis is improved by Nagtegaal's approach of considering the effect of rotation in mechanical constitutive relationship. Numerical simulations are conducted to discuss numerical reliability and applicability of developed numerical code: deformation of cantilever beam, two-dimensional consolidation. The numerical results show that developed formulation can efficiently describe large deformation problems. Proposed formulation is expected to facilitate the upgrading of a numerical code based on infinitesimal strain theory to that based on finite strain analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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