This paper is concerned with an analysis of a surface edge crack emanated from a sharp contact edge. For a geometrical model, a square wedge is in contact with a half plane whose materials are identical, and a surface perpendicular crack initiated from the contact edge exists in the half plane. To analyze this crack problem, it is necessary to evaluate the stress field on the crack line which are induced by the contact tractions and pseudo-dislocations that simulate the crack, using the Bueckner principle. In this Part I, the stress filed in the half plane due to the contact is re-summarized using an asymptotic analysis method, which has been published before by the author. Further focus is given to the stress field in the half plane due to a pseudo-edge dislocation, which will provide a stress solution due to a crack (i.e. a continuous distribution of edge dislocations) later, using the Burgers vector. Essential result of the present work is the corrective functions which modify the stress field of an infinite domain to apply for the present one which has free surfaces, and thus the infiniteness is no longer preserved. Numerical methods and coordinate normalization are used, which was developed for an edge crack problem, using the Gauss-Jacobi integration formula. The convergence of the corrective functions are investigated here. Features of the corrective functions and their application to a crack problem will be given in Part II.
In this paper, an electroelastic analysis is performed on a piezoelectric material with an open crack in anti-plane deformation. Bueckner’s weight function theory is extended to piezoelectric materials in anti-plane deformation. The stress intensity factors and electric displacement intensity factor are calculated by the weight function theory.
The residual stress generated when the steel plates were produced, did not influence on the out-of-plane deformation and residual stress generated by welding. When the initial deflection shape was a concave(Type I), the out-of-plane deformation became the same shape as that of the initial deflection and its magnitude became small. When the initial deflection made a winding in the welding direction(Type III), the out-of-plane deformation became large in the plate width. The initial deflection shape did not influence on residual stress and plastic strain produced by welding.
The vibration analysis of an axially moving membrane are investigated when the membrane has the two sets of in-plane boundary conditions, which are free and fixed constraints in the lateral direction. Since the in-plane stiffness is much higher than the out-of-plane stiffness, it is assumed during deriving the equations of motion that the in-plane motion is in a steady state. Under this assumption, the equation of out-of-plane motion is derived, which is a linear partial differential equation influenced by the in-plane stress distributions. After discretizing the equation by using the Galerkin method, the natural frequencies and mode shapes are computed. In particular, we put a focus on analyzing the effects of the in-plane boundary conditions on the natural frequencies and mode shapes of the moving membrane.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제11권1호
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pp.178-201
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2019
The appropriate design of a mooring system to maintain the position of an offshore structure in deep sea under various environmental loads is important. Fatigue design of the mooring line considering OPB/IPB(out-of-plane bending/in-plane bending) became an essential factor after the incident of premature fatigue failure of the mooring chain due to OPB/IPB in the Girassol region in West Africa. In this study, mooring line fatigue analysis was performed considering the OPB/IPB of a spread moored FPSO in deep sea. The tension of the mooring line was derived by hydrodynamic analysis using the de-coupled analysis method. The floater motion time histories were calculated under the assumption that the mooring line behaves in quasi-static manner. Additional time domain analysis was carried out by prescribing the obtained motions on top of the selected critical mooring line, which was determined based on spectral fatigue analysis. In addition, nonlinear finite element analysis was performed considering the material nonlinearities, and both the interlink stiffness and stress concentration factors were derived. The fatigue damage to the chain surface was estimated by combining both the hydrodynamic and stress analysis results.
In this paper, the solution of a semi-infinite plane with one circular hole is presented. This solution is induced by repeatedly superposing the solution of an infinite plane with one circular hole and that of a semi-infinite plane without holes to cancel out the stresses arising on both boundaries. This procedure is carried out until the stresses arising on both boundaries converge. This method does not require complicated calculation procedures as does the method using stress functions defined in a bipolar coordinate system. Some numerical results are shown by graphical representations.
Erisov, Yaroslav A.;Grechnikov, Fedor V.;Surudin, Sergei V.
Structural Engineering and Mechanics
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제58권4호
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pp.677-687
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2016
On the basis of the energy approach it is reported a development of the yield function and the constitutive equations for the orthotropic material with consideration of the crystal lattice constants and parameters of the crystallographic texture for the general stress state. For practical use in sheet metal forming analysis it is considered different loading scenarios: plane stress and plane strain states. Using the proposed yield function, the influence of single ideal components on the shape of yield surface was analyzed. The six texture components investigated here were cube, Goss, copper, brass, S and rotated cube, as these components are typically observed in rolled sheets from FCC alloys.
The bedding plane has a significant influence on the effect of blasting fragmentation and the overall performance of underground mining. This paper explores the effects of fragmentation of the bedding plane and different angles by using the numerical analysis. ANSYS/LS-DYNA code was used for the implementation of the models. The models include a dynamic compressive and tensile failure which is applied to simulate the fractures generated by the explosion. Firstly, the cracks propagation with the non-bedding plane in the coal with two boreholes detonated simultaneously is calculated and the particle velocity and maximum principal stress at different points from the borehole are also discussed. Secondly, different delay times between the two boreholes are calculated to explore its effects on the propagation of the fractures. The results indicate that the coal around the right borehole is broken more fully and the range of the cracks propagation expanded with the delay time increases. The peak particle velocity decreases first and then increases with the distance from the right borehole increasing. Thirdly, different angles between the bedding plane and the centerline of the two boreholes and the transmission coefficient of stress wave at a bedding plane are considered. The results indicated that with the angles increase, the number of the fractures decreases while the transmission coefficient increases.
An elastic-plastic finite element analysis of fatigue crack closure is performed for plane strain conditions. The stabilization behavior of crack opening level and the effect of mesh size on the crack opening stress are investigated. In order to obtain a stabilized crack opening level for plane strain conditions, the crack must be advanced through approximately four times the initial monotonic plastic zone. The crack opening load tends to increase with the decrease of mesh size. The mesh size nearly equal to the theoretical plane strain cyclic plastic zone size may provide reasonable numerical results comparable with experimental crack opening data. The crack opening behavior is influenced by the crack growth increment and discontinuous opening behavior is observed. A procedure to predict the most appropriate mesh size for different stress ratio is suggested. Crack opening loads predicted by the FE analysis based on the procedure suggested resulted in good agreement with experimental ones within the error of 5 %. Effect of the distance behind the crack tip on the crack opening load determined by the ASTM compliance offset method based on the load-displacement relation and by the rotational offset method based on the load-differential displacement relation is investigated. Optimal gage location and method to determine the crack opening load is suggested.
용접에서 발생하는 열응력 및 잔류응력을 해석하기 위한 유한요소용 모델을 개발하였다. 여러 가 지 변수의 연구를 통하여 Ramp heat input function과 Lumped모델을 제시하였다. 용접부에 열입 력을 점차적으로 주기 위하여 Ramp heat input을 이용하였으며 Ramp input을 통하여 이차원 모 델에서의 이동열원의 영향을 고려하였고 실험치와 비교에서 최적 ramp시간을 결정하였다. 다층용 접에서는 용접 pass 에 비례하여 계산시간이 증가한다. 따라서 후판용접의 잔류응력계산에는 막 대한 계산시간이 필요하며 이를 줄이기 위하여 Lumped 모델을 개발하였다. 이 Lumped모델에서 는 각 용접층에 들어있는 용접 pass들을 하나의 lumped pass으로 이용하였으며 각 pass를 따로 계산한 모델 및 시험치와의 비교를 통하여 최적 lumped technique을 제시하였다. *****Finite element models were developed for thermal and residual stress analysis for the specific welding problems. They were used to evaluate the effectiveness of the various welding heat input models, such as ramp heat input function and lumped pass models. Through the parametric studies, thermal-mechanical modeling sensitivity to the ramp function and lumping techniques was determined by comparing the predicted results with experimental data. The kinetics for residual stress formation during welding can be developed by iteration of various proposed mechanisms in the parametric study. A ramp heat input function was developed to gradually apply the heat flux with variable amplitude to the model. This model was used to avoid numerical convergence problems due to an instantaneous increase in temperature near the fusion zone. Additionally, it enables the model to include the effect of a moving arc in a two-dimensional plane. The ramp function takes into account the variation in the out of plane energy flow in a 2-D model as the arc approaches, travels across, and departs from each plane under investigation. A lumped pass model was developed to reduce the computation cost in the analysis of multipass welds. Several weld passes were assumed as one lumped pass in this model. Recommendations were provided about ramp lumping techniques and the optimum number of weld passes that can be combined into a single thermal input.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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