A strain-gradient crystal plasticity finite element method(SGCP-FEM) was utilized to simulate the compressive deformation behaviors of single-slip, (111)[$10{\bar{1}}$], oriented FCC single-crystal micro-pillars with two different slip-plane inclination angles, $36.3^{\circ}$ and $48.7^{\circ}$, and the simulation results were compared with those from conventional crystal plasticity finite element method(CP-FEM) simulations. For the low slip-plane inclination angle, a macroscopic diagonal shear band formed along the primary slip direction in both the CP- and SGCP-FEM simulations. However, this shear deformation was limited in the SGCP-FEM, mainly due to the increased slip resistance caused by local strain gradients, which also resulted in strain hardening in the simulated flow curves. The development of a secondly active slip system was altered in the SGCP-FEM, compared to the CP-FEM, for the low slip-plane inclination angle. The shear deformation controlled by the SGCP-FEM reduced the overall crystal rotation of the micro-pillar and limited the evolution of the primary slip system, even at 10 % compression.
Functionally graded steels (FGSs) are a family of functionally graded materials (FGMs) consisting of ferrite (${\alpha}$), austenite (${\gamma}$), bainite (${\beta}$) and martensite (M) phases placed on each other in different configurations and produced via electroslag remelting (ESR). In this research, the flow stress of dual layer austenitic-martensitic functionally graded steels under hot deformation loading has been modeled considering the constitutive equations which describe the continuous effect of temperature and strain rate on the flow stress. The mechanism-based strain gradient plasticity theory is used here to determine the position of each layer considering the relationship between the hardness of the layer and the composite dislocation density profile. Then, the released energy of each layer under a specified loading condition (temperature and strain rate) is related to the dislocation density utilizing the mechanism-based strain gradient plasticity theory. The flow stress of the considered FGS is obtained by using the appropriate coefficients in the constitutive equations of each layer. Finally, the theoretical model is compared with the experimental results measured in the temperature range $1000-1200^{\circ}C$ and strain rate 0.01-1 s-1 and a sound agreement is found.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.13
no.12
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pp.70-77
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1996
Fatigue tests were carried out at high temperature on a Cr-Mo-V steel in order to assess the fatigue life of components used in power plants. The characteristics of high temperature fatigue were divided in terms of cycle-dependent fatigue and time-dependent fatigue, each crack propagation rate was examined with respect to fatigue J-integral range, .DELTA. J$_{f}$and creep J-integral range, .DELTA. J$_{c}$. The fatigue life was evaluated by analysis of J-integral value at the crack tip with a dimensional finite element method. The results obtained from the present study are summarized as follows : The propagation characteristics of high temperature fatigue cracks are determined by .DELTA. J$_{f}$for the PP(tensile plasticity-compressive plasticity deformation) and PC(tensile plasticity - compressive creep deformation) stress waveform types, and by .DELTA. J$_{c}$for the CP(tensile creep- compressive plasticity deformation) stress waveform type. The crack propagation law of high temperature fatigue is obtained by analysis of J-integral value at the crack tip using the finite element method and applied to examine crack propagation behavior. The fatigue life is evaluated using the results of analysis by the finite element method. The predicted life and the actual life are close, within a factor of 2.f 2.f 2.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.7
no.6
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pp.69-74
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2007
Recently, to improve performance and strength of circular steel columns, application of concrete-filled steel tube(CFT) type are gradually increased. To accurately predict the plastic design of concrete-filled steel tube columns, a plasticity model is required which can be describe large deformation behavior of concretes and steels. In this study, elastic-plastic large deformation analysis is developed by using the plasticity model of structural steels, and accurate and validity of the developed program is verified by comparing between the experiment and the analysis for concrete-filled steel tube column. In concrete-filled steel tube columns, influence of initial deflection on ultimate strength behavior is investigated by using developed program.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2005.10a
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pp.287-290
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2005
The shearing and punching processes are analyzed with the finite element method using an isotropic material model. The experimental result in the punching process shows that final radiuses of sheet metal according to the rolling direction and transverse direction are different because of the material anisotropy. The material anisotropy is induced by complicated large deformation in the polycrystalline aggregate. The contact region between the punch and sheet metal experiences severe deformation such as shear, compression and tension in the punching process. In this paper, the analysis of punching process for Al 1100 is performed with the ABAQUS Standard. The analysis of texture development and evolution is carried out based on the deformation history in the punching process. The deformation histories are extracted by UMAT in the ABAQUS Standard. The torture development is investigated with the pole figure and yield surface during the punching process.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2009.05a
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pp.318-321
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2009
Transformation plasticity is that when a phase transformation of ferrous or non-ferrous alloys progresses even under an extremely small applied stress compared with a yield stress of the material, a permanent deformation occurs. One of widely accepted description for the transformation was proposed by Greenwood and Johnson [1]. Their description is based on an assumption that a weaker phase of an ideal plastic material could deform plastically to accommodate the externally applied stress and the internal stress caused by the volumetric change accompanying the phase transformation. In this study, an implicit finite element model was developed to simulate the deformation behavior of a low carbon steel during phase transformation. The finite element model was coupled with a phase field model, which could simulate the kinetics for ferrite to austenite transformation of the steel. The thermo-elasto-plastic constitutive equation for each phase was adopted to confirm the weaker phase yielding, which was proposed by Greenwood and Johnson [1]. From the simulation, the origin of the transformation plasticity was quantitatively discussed comparing with the other descriptions of it.
This paper presents a method of elastic-plastic analysis for planar steel frames that provides the accuracy of distributed plasticity methods with the computational efficiency that is greater than that of distributed plasticity methods but less than that of plastic-hinge based methods. This method accounts for the effect of spread of plasticity accurately without discretization through the cross-section of a beam-column element, which is achieved by the following procedures. First, nonlinear equations describing the relationships between generalized stresses and strains of the cross-section are derived analytically. Next, nonlinear force-deformation relationships for the beam-column element are obtained through lengthwise integration of the generalized strains. Elastic-plastic flexibility coefficients are then calculated by differentiating the above element force-deformation relationships. Finally, an elastic-plastic stiffness matrix is obtained by making use of the flexibility-stiffness transformation. Adding the conventional geometric stiffness matrix to the elastic-plastic stiffness matrix results in the tangent stiffness matrix, which can readily be used to evaluate the load carrying capacity of steel frames following standard nonlinear analysis procedures. The accuracy of the proposed method is verified by several examples that are sensitive to the effect of spread of plasticity.
Mechanical properties of two types of polycrystlline {{{{ { { Ti}_{3 }SiC }_{2 } }} with different grain size were investigated. A fine grain {{{{ { { Ti}_{3 }SiC }_{2 } }} has a higher fracture strength and hardness. Plot of strength versus Vickers indentation load indicated that {{{{ { { Ti}_{3 }SiC }_{2 } }} has a high flaw tolerance. Hertzian indentation test using a spherical indenter was used to study elastic and plastic behavior in {{{{ { { Ti}_{3 }SiC }_{2 } }}. Indentation stress-strain curves of each material are made to evaluate the plasticity of {{{{ { { Ti}_{3 }SiC }_{2 } }} Both find and coarse grain {{{{ { { Ti}_{3 }SiC }_{2 } }} showed high plasticity. In-dentation stress-strain curve of coarse grain {{{{ { { Ti}_{3 }SiC }_{2 } }} deviated even more from an ideal elastic limit in-dicating exceptional plasticity in this material. Deformation zones were formed below the contact as well as around the contact area in both materials but the size of deformation zone in coarse grain {{{{ { { Ti}_{3 }SiC }_{2 } }} was much larger than that in fine grain {{{{ { { Ti}_{3 }SiC }_{2 } }} Intragrain slip and kink would account for high plasticity. Plastic behavior of {{{{ { { Ti}_{3 }SiC }_{2 } }} was strongly influenced by grain size.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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1999.03b
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pp.94-97
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1999
The study has been performed for the relation between die and product in closed die upsetting by the experiment. the strain of die has been given by the simple experiment using the strain gauge located at the outer surface of die and the deformation history of die and product has been given by the experiment and Lame's formula. the product with accurate dimension and shape can be obtained by analysing elastic deformation of die during upsetting process. The deformation of die during metal forming process has been given by the experiment and lame's formula. The product with accurate dimension and shape can be obtained by analysing elastic deformation of die during upsetting process. The deformation of die during metal forming process has been usually predicted by the experience of industrial engineers of finite element analysis. But it is difficult to predict the dimension of product at unloading and ejected states. The study has given useful result for the deformation history of die and product through the experiment and Lame's formula at closed die upsetting and can be applied in the die design for product with accurate dimension.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2008.05a
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pp.521-524
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2008
Effect of prior deformation on the sliding wear of the ultra-fine grained (UFG) ferrite-martensite dual phase (DP) steel was investigated. The UFG DP steel was fabricated by the ECAP and subsequent intercritical annealing. The steel was cold rolled before the wear test, and the effect of the prior deformation on the wear was examined. The wear tests were carried out at various loads against a bearing steel ball. The wear rate of the UFG DP steel that did not experience the prior deformation was higher than that of the coarse-grained (CG) DP steel, because of more severe surface shear deformation. The wear rate of the specimens with prior deformation was much higher than that of the specimen without prior deformation. The deformed CG DP specimen showed higher rate than the deformed UFG DP specimen, and the rate-variation of the CG DP steel was much bigger under the same test condition.
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