This paper presents exact close form solutions of plastic limit loads of a clamped circular plate under uniformly distributed load with different loading radii. A unified yield criterion, which includes a family of piecewise linear yield criteria and the commonly adopted yield criteria such as the Tresca criterion and the maximum principal deviatoric stress criterion or the twin shear stress criterion that are its special cases, and the Mises criterion can be approximated by it, is employed in the analysis. The plastic limit loads, moment fields and velocity fields of the clamped circular plate are calculated based on the unified yield criterion. The influences of the yield criteria, the edge effects and the loading radius on the plastic limits of the clamped circular plate are investigated. Analytical results are calculated and compared. The exact close form solutions presented in this paper provide efficient approaches for obtaining plastic limit loads and the corresponding moments and velocities of the clamped circular plates. The previously derived solutions based on the Tresca and the Mises criteria are its special cases.
2차원 응력조건에 대한 von Mises 항복기준의 특징을 살펴보기 위해 탄성변형률이 0이 되는 평면변형률 조건과 소성변형률증분이 0이 되는 평면변형률 조건을 고려해 보았다. 탄성변형률이 0인 평면변형률조건을 통해 얻은 항복함수와 평면응력조건에서의 항복함수는 기하학적으로 타원을 나타내는데 두 경우에 대한 기하하적 비교를 타원의 장, 단축의 길이비와 이심률의 비로 나타낼 때 단축비는 같았으나 장축비 및 이심률의 비는 포아송비의 함수로 표현되었다. 탄성변형률이 0인 평면변형률조건을 통해 얻은 von Mises 항복기준에 대하여 탄성거동을 보이는 영역은 포아송비가 커짐에 따라 넓어짐을 알 수 있었다. 소성변형률증분이 0인 평면변형률조건을 통해 관련유동법칙을 써서 항복함수를 구하였는데 기하하적으로 볼 때 평면응력조건에서의 항복함수가 타원임과는 달리 직선을 나타내었으며 평면응력조건일 때보다 탄성거동영역이 컸다.
Alexandrov, Sergei E.;Pirumov, Alexander R.;Jeng, Yeau-Ren
Structural Engineering and Mechanics
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제58권4호
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pp.661-676
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2016
This paper presents an elastic/plastic model that neglects strain hardening during loading, but accounts for the Bauschinger effect. These mathematical features of the model represent reasonably well the actual behavior of several materials such as high strength steels. Previous attempts to describe the behavior of this kind of materials have been restricted to a class of boundary value problems in which the state of stress in the plastic region is completely controlled by the yield stress in tension or torsion. In particular, the yield stress is supposed to be constant during loading and the forward plastic strain reduces the yield stress to be used to describe reversed yielding. The new model generalizes this approach on plane stress problems assuming that the material obeys the von Mises yield criterion during loading. Then, the model is adopted to describe reversed yielding in thin hollow discs subject to external pressure.
The Drucker-Prager yield criterion is combined with an equilibrium equation to provide the elastic-plastic stress distribution within rotating annular hyperbolic discs and the residual stress distribution when the angular speed becomes zero. It is verified that unloading is purely elastic for the range of parameters used in the present study. A numerical technique is only necessary to solve an ordinary differential equation. The primary objective of this paper is to examine the effect of the parameter that controls the deviation of the Drucker-Prager yield criterion from the von Mises yield criterion and the geometric parameter that controls the profile of hyperbolic discs on the stress distribution at loading and the residual stress distribution.
Lee Myoung-Gyu;Kim Ji-Hoon;Ryou Han-Sun;Chung Kwan-Soo;Youn Jae-Ryoun;Kang Tae-Jin
Fibers and Polymers
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제7권3호
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pp.276-285
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2006
Development and numerical implementation for an elastoplastic constitutive model for anisotropic and asymmetric materials are presented in this paper. The Coulomb-Mohr yield criterion was modified to consider both the anisotropic and asymmetric properties. The modified yield criterion is an isotropic function of the principal values of a symmetric matrix which is linearly transformed from the Cauchy stress space. In addition to the constitutive equation, the numerical treatment for the singularity in the vertex region of yield surface and stress integration algorithm based on elastoplasticity were presented. In order to assess the accuracy of numerical algorithm, isoerror maps were considered. Also, extension of a strip with a circular hole was simulated and results compared with those obtained using the (smooth) Mises yield criterion to validate stress output for a complex stress state.
This paper presents an elastoplastic analysis for spent nuclear fuel disposal container and its 50 cm thick bentonite buffer to predict the collapse of the container while the horizontal asymmetric sudden rock movement of 10 cm is applied on the composite structure. This sudden rock movement is anticipated by the earthquake etc. at a deep underground. Elastoplastic material model is adopted. Drucker-Prager yield criterion is used for the material yield prediction of the bentonite buffer and von-Mises yield criterion is used for the material yield prediction of the container. Analysis results show that even though very large deformations occur beyond the yield point in the bentonite buffer, the container structure still endures elastic small strains and stresses below the yield strength. Hence, the asymmetric 50 cm thick bentonite buffer can protect the container safely against the 10 cm sudden rock movement by earthquake etc.. Analysis results also show that bending deformations occur in the container structure due to the shear deformation of the bentonite buffer. The finite element analysis code, NISA, is used for the analysis.
The stress distributions on a human mandible for 18 load cases under two different boundary conditions (mouth open and closed), using the three dimensional finite element modeling were studied. Also, the expected fracture loads for each load cases were calculated by using the Von-Mises yield criterion. The model of a mandible with all teeth was composed of 2402 hexahedron elements and 3698 nodes. CAD techniques were used to analyze the 3-dimensional results. The conclusions of this study were as follows: 1. In the mouth open state, the maximum stress occured at the condyle neck; when the lateral load was exerted, the maximum stress occured at the load side condyle. 2. In the mouth closed state, when the loads were exerted on the mandibular body and chin, the maximum stress occured at the loaded area, and when the loads were exerted on the angle and ramus, the maximum stress occured at the condyle neck. 3. The expected fracture loads in each load case were calculated using the Von-Mises yield criterion, and it was confirmed that the mandible in the mouth open state was more easily fractured than that in the mouth closed state, and the expected fracture loads are lesser in the cases that load direction is parallel at mandibular plane than 45°. 4. The magnitudes of the expected fracture loads increased in the order of angle, ramus, body and chin in case of the mouth closed state, while chin, body, angle and ramus in case of the mouth open state. 5. The Von-Mises stress concentration regions analyzed by F.E.M. corresponded well with the results of clinical studies.
In order to achieve long fatigue lifetimes for cyclically pressurized thick cylinders, multi-layered compound cylinder has been proposed. Such compound cylinder involves a shrink-fit procedure incorporating a monobloc tube which has previously undergone autofrettage. The basic autofrettage theory assumes elastic-perfectly plastic behaviour. Because of the Bauschinger effect and strain-hardening, most materials do not display elastic-perfectly plastic properties and consequently various autofrettage mo dels are based on different simplified material strain-hardening models, which is assumed that combination of linear strain-hardenig and power strain-hardening model. This approach gives a more accurate prediction than the elastic-perfectly plastic model and is suitable for different strain-hardening materials. In this paper, a general autofrettage model that incorporates the material strain-hardening relationship and the Bauschinger effect, based upon the actual tensile-compressive stress-strain curve of a material was proposed. The model was obtained using the von Mises yield criterion and plane strain condition. The tensile-compressive stress-strain curve was obtained by experiment. The parameters needed in the model were determined by fitting the actual tensile-compressive curve of the material. Finally, strain- hardening model was compared with elastic-perfectly plastic model.
In this paper, the nonlinear structural analysis for the composite structure of the spent nuclear fuel disposal container and the 50cm thick bentonite buffer is carried out to predict the collapse of the container while the sudden rock movement of 10cm is applied on the composite structure. This sudden rock movement is anticipated by the earthquake etc. at a deep underground. Horizontal symmetric rock movement is assumed in this structural analysis. Elastoplastic material model is adopted. Drucker-Prager yield criterion is used for the material yield prediction of the bentonite buffer and von-Mises yield criterion is used for the material yield prediction of the container(cast iron insert, copper outer shell and lid and bottom). Analysis results show that even though very large deformations occur beyond the yield point in the bentonite buffer, the container structure still endures elastic small strains and stresses below the yield strength. Hence, the 50cm thick bentonite buffer can protect the container safely against the 10cm sudden rock movement by earthquake etc.. Analysis results also show that bending deformations occur in the container structure due to the shear deformation of the bentonite buffer. The elastoplastic nonlinear structural analysis for the composite structure of the container and the bentonite buffer is performed using the finite element analysis code, NISA.
본 논문에서는 가압경수로(PWR) 고준위폐기물을 깊은 지하 500m에 처분 시 사용되는 처분용기 및 이를 보호하기 위하여 50㎝ 두께로 처분용기 주위를 감싸고 있는 벤토나이트 버퍼의 복합구조물에 지진 등의 지각 변동에 의하여 갑작스럽게 10㎝의 수평한 암반 전단력이 대칭적으로 가해졌을 때, 처분용기의 안전성(붕괴)을 예측하기 위하여 「처분용기+벤토나이트 버퍼」 복합 구조물에 대한 비선형 구조해석을 수행하였다. 복합구조물을 구성하고 있는 물질들은 탄소성체로 가정하였으며, 대변형 발생 시 항복을 예측하는 항복조건식으로는 처분용기를 구성하고 있는 금속물질(구리, 주철)에 대하여 von-Mises 항복조건식을, 벤토나이트 버퍼물질에 대하여는 Drocker-Prager 항복조건식을 적용하였다. 해석 결과들을 분석하면 비록 10㎝의 수평한 대칭 암반 전단력에 대하여 벤토나이트 버퍼에는 항복점을 훨씬 상회하는 대변형이 발생하였지만, 내부의 처분용기를 구성하고있는 주철 및 구리에는 여전히 매우 작은 탄성변형 및 항복응력보다 작은 응력이 발생하고 있음을 알 수 있었다. 따라서 갑작스런 10㎝의 수평한 암반 전단력에 대하여 50㎝ 두께의 벤토나이트 버퍼는 안전하게 내부의 처분용기를 보호하고 있음을 알 수가 있다. 해석결과는 또한 벤토나이트 버퍼의 전단변형에 의하여 처분용기에 휨변형이 발생함을 보여주고 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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