A new discrete method using idealized rigid body-spring model is introduced. This rigid element method is known to be more efficient and accurate than the finite element method in the inelastic range of structural analysis owing to simplified stress-strain and strain-displacement relations This kind of physical concept using idealized rigid model has been already applied among structural engineers to some problems such as rigid-plastic analysis or plastic design considering rigid bodies and plastic hinges. However the most rigorous and systematic research has been recently performed by T. Kawai et al.[1]. In this paper, an attempt is made to analyze the collapse behavior of stiffened plates under lateral loading by some modification and expansion of Kawai's rigid element approach to the collapse of plates without stiffener. Stiffened plates are treated as orthotropic plates which have equivalent bending rigidities. By employing Morley's plate element resubdivision technique, variety is given to mesh-division styles which have greate effect on the accuracy of numerical results. Some examples are shown to verify the validity of applying rigid element method to the ultimate strength analysis of stiffened plates. It is clarified that lateral deflections and detailed collapse patterns up to the ultimate state of stiffened plates can be easily obtained by the present approach.
Dual Phase (DP) steel which has a soft ferrite phase and a hard martensite phase reveals both high strength and high ductility and has received increased attention for use in automotive applications. To conduct structural analysis to verify vehicle safety, highly credible experimental results are required. In this study, tensile tests were performed in a strain rate range from $10^{-4}/s$ to 300/s for Sink Roll-Less (SRL) hot-dip metal coated sheets. Collision properties were estimated through simulation by LS-DYNA using the stress-strain curve obtained from the tensile test. The simulation results were compared with the actual crash test results to confirm the credibility of the simulation. In addition, a tensile test and a crash test with 2% prestrain and a baking (PB) specimen were evaluated identically because automotive steel is used after forming and painting. The mechanical behaviors were improved with an increasing strain rate regardless of the PB treatment. Thus, plastic deformation with an appropriate strain rate is expected to result in better formability and crash characteristics than plastic deformation with a static strain rate. The ultimate tensile strength (UTS) and absorbed energy up to 10% strain were improved even though the total elongation decreased after PB treatment, The results of the experimental crash test and computer simulation were slightly different but generally, a similar propensity was seen.
The purpose of this study was to examine the influence of conditions for quenching and/or tempering on the corrosion and hydrogen diffusion behavior of ultra-strong automotive steel in terms of the localized plastic strain related to the dislocation density, and the precipitation of iron carbide. In this study, a range of analytical and experimental methods were deployed, such as field emission-scanning electron microscopy, electron back scatter diffraction, electrochemical permeation technique, slow-strain rate test (SSRT), and electrochemical polarization test. The results showed that the hydrogen diffusion parameters involving the diffusion kinetics and hydrogen solubility, obtained from the permeation experiment, could not be directly indicative of the resistance to hydrogen embrittlement (HE) occurring under the condition with low hydrogen concentration. The SSRT results showed that the partitioning process, leading to decrease in localized plastic strain and dislocation density in the sample, results in a high resistance to HE-induced by aqueous corrosion. Conversely, coarse iron carbide, precipitated during heat treatment, weakened the long-term corrosion resistance. This can also be a controlling factor for the development of ultra-strong steel with superior corrosion and HE resistance.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제12권1호
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pp.868-880
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2020
One of the main concerns in the structural integrity of offshore pipelines is mechanical damage from external loads. Pipelines are exposed to fatigue failure in welded joints due to geometric discontinuity. In addition, fatigue loads such as currents, waves, and platform motions may cause significant plastic deformation and fracture or leakage within a relatively low-cycle regime. The 2007 ASME Div. 2 Code adopts the master S―N curve for the fatigue evaluation of welded joints based on the mesh-insensitive structural stress. An extension to the master S―N curve was introduced to evaluate the low-cycle fatigue strength. This structural strain method uses the tensile properties of the material. However, the monotonic tensile properties have limitations in describing the material behavior above the elastic range because most engineering materials exhibit hardening or softening behavior under cyclic loads. The goal of this study is to extend the cyclic stress-strain behavior to the structural strain method. To this end, structural strain-based procedure was established while considering the cyclic stress-strain behavior and compared to the structural strain method with monotonic tensile properties. Finally, the improved prediction method was validated using fatigue test data from full-scale girth-welded pipes.
Finite element computations were carried out to study the indentation by rigid cone with half-angle of $70.3^{\circ}$ for 72 different combinations of elasto-plastic properties that cover the wide range of mechanical parameters of common engineering solid materials. The dimensional analysis and representative strain concept were used in the analysis. It was shown that for the same representative strain value, the loading curvature C can be formulated under two different forms, which are based on two alternative dimensionless functions. The present study's one is simpler than the other previously found by other authors using the similar approach. For a wide range of material's parameters, the hardness-modulus ratio should be a parabolic function of ${\sigma}E$, rather than a power law function earlier proposed.
The deformation and fracture behaviors of a bulk amorphous metal, Zr-based one (Zr$\_$41.2/Ti$\_$13.8/Cu$\_$12.5/Ni$\_$10/Be$\_$22.5/: Vitreloy), were investigated over a strain rate range (7x10$\^$-4/~4 s$\^$-1/). The uniaxial compression test and the indentation test using 3mm-diameter WC balls were carried out under quasi-static loading conditions. As a result, at the uniaxial compressive state, the fracture stress of the material was very high (~1,700MPa) and the elastic strain limit was about 2%. The fracture strength showed a strain rate independent behavior up to 4 s$\^$-1/. Using indentation tests, the plastic deformation behavior of the Zr-based BAM up to a large strain value of 15% could be achieved, even though it was the deformation under locally constrained condition. The Meyer hardness of the Zr-based BAM measured by static indentation tests was about 5 GPa and it revealed negligible strain hardening behavior. At indented sites, the plastic indentation occurred forming a crater and well-developed multiple shear bands were generated around it along the direction of 45 degree when the indentation load exceeded 7kN. With increasing indentation load, shear bands became dense. The fracture surface of the specimen after uniaxial compressive tests showed vein-like pattern, typical morphology of many BAMs.
A parametric study was conducted to investigate the seismic deformation demands in terms of drift ratio, plastic base rotation and compression strain on rectangular wall members in frame-wall systems. The wall index defined as ratio of total wall area to the floor plan area was kept as variable in frame-wall models and its relation with the seismic demand at the base of the wall was investigated. The wall indexes of analyzed models are in the range of 0.2-2%. 4, 8 and 12-story frame-wall models were created. The seismic behavior of frame-wall models were calculated using nonlinear time-history analysis and design spectrum matched ground motion set. Analyses results revealed that the increased wall index led to significant reduction in the top and inter-story displacement demands especially for 4-story models. The calculated average inter-story drift decreased from 1.5% to 0.5% for 4-story models. The average drift ratio in 8- and 12-story models has changed from approximately 1.5% to 0.75%. As the wall index increases, the dispersion in the calculated drifts due to ground motion variability decreased considerably. This is mainly due to increase in the lateral stiffness of models that leads their fundamental period of vibration to fall into zone of the response spectra that has smaller dispersion for scaled ground motion data set. When walls were assessed according to plastic rotation limits defined in ASCE/SEI 41, it was seen that the walls in frame-wall systems with low wall index in the range of 0.2-0.6% could seldom survive the design earthquake without major damage. Concrete compressive strains calculated in all frame-wall structures were much higher than the limit allowed for design, ${\varepsilon}_c$=0.0035, so confinement is required at the boundaries. For rectangular walls above the wall index value of 1.0% nearly all walls assure at least life safety (LS) performance criteria. It is proposed that in the design of dual systems where frames and walls are connected by link and transverse beams, the minimum value of wall index should be greater than 0.6%, in order to prevent excessive damage to wall members.
In sheet metal forming numerical analysis, the strain hardening equation has a significant effect on calculation results, especially in the field of spring-back. This study introduces the Kim-Tuan strain hardening model. This model represents sheet material behavior over the entire strain hardening range. The proposed model is compared to other well known strain hardening models using a series of uniaxial tensile tests. These tests are performed to determine the stress-strain relationship for Al6016-T4, DP980, and CP Ti sheets. In addition, the Kim-Tuan model is used to integrate the CP Ti sheet strain hardening equation in ABAQUS analysis to predict spring-back amount in a bending test. These tests highlight the improved accuracy of the proposed equation in the numerical field. Bending tests to evaluate prediction accuracy are also performed and compared with numerical analysis results.
The mechanical properties of ferrite-martensited dual phases steels are affected by the microstructural factors, such as martensited volume fractions, ferrite grain size, strength ratio, connectivity, etc. Two phase alloys are technologically important. However, there is a lack of understanding as to stress-strain behavior of dual phase alloy in terms of stress-strain behavior of each component phases. The lack of the understanding stems from the complex deformation behavior of two phase alloys. The aim of this study is to rationalize stress-strain behavior of dual phase alloy in terms of the stress-strain behavior of component phase by systematically considering all the factors listed above. It was found that for a given martensite volume fraction, the calculated stress-strain curve was higher for a finer particles size than for a coarse particle sized within the range of the strains considered, and this behavior was seen for all the different volume fraction alloys considered. The calculated stress-strain curves were compared with corresponding experimental curves, and in general, good agreement was found. The maximum difference in flow stress between the calculated and the experimental results occurs at the nearly beginning of the plastic deformation.
The validity of 'modified overlay model' to describe the cyclic behavior of annealed 316L stainless steel at room temperature was investigated. Material parameters(~f$_{i}$, m$_{i}$b, η, E) fur the model were obtained through constant strain amplitude test. The strain amplitude dependency of elastic limit and cyclic hardening, which were the characteristics of this model, were considered. Eight subelements were used to describe the nonlinearity of the hysteresis loops. The calculated hysteresis curve in each condition (0.5%, 0.7%, 0.9% train amplitude test) was very close to the experimental one. Two tests, incremental step test and 5-step test, ere performed to check the validity of 'modified overlay model'. The elastic limit was saturated to the one of the highest strain amplitudes of the block in the incremental step test, so it seemed to be Masing material at the stabilized block. Cyclic hardening was successfully described in the increasing sequence of the strain amplitude in 5-step test. But, the slight cyclic softening followed by higher strain amplitude would not be able to simulate by'modified overlay model'. However, the discrepancy induced was very small between the calculated hystereses and the experimental ones. In conclusion,'Modified overlay model'was proved to be appropriate in strain range of 0.35%~ 1.0%..0%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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