In this study, when variable-amplitude load with various applying mode acts on the pre-crack tip, we examined how fatigue cracks behave. Hence aspects of the deformation caused by changing the applying mode of single overload and propagation behavior of fatigue crack were experimentally examined: What kinds of the deformation would be formed at pre-crack and its tip\ulcorner What aspects of the residual plastic deformation field would be formed in front of a crack\ulcorner How aspects of the plastic zone could be evaluated\ulcorner As applying mode of single overloading changes, the deformation caused by tensile and shear loading variously showed in each applying mode. The different aspects of deformation make influence on propagation behavior of cracks under constant-amplitude fatigue loading after overloading with various modes. We tried to examine the relationship between aspects of deformation and fatigue behavior by comparing the observed deformation at crack and crack propagation behavior obtained from fatigue tests.
Shot peening is a cold surface treatment employed to induce residual stress field in a metallic component beneficial for increasing its fatigue strength. The experimental investigation of parameters involved in shot peening process is very complex as well as costly. The most attractive alternative is the explicit dynamics finite element (FE) analysis capable of determining the shot peening process parameters subject to the selection of a proper material's constitutive model and numerical technique. In this study, Ansys / LS-Dyna software was used to simulate the impact of steel shots of various sizes on an aluminium alloy plate described with strain rate dependent elasto-plastic material model. The impacts were carried out at various incident velocities. The influence of shot velocity and size on the plastic deformation, compressive residual stress and force-time response were investigated. The results exhibited that increasing the shot velocity and size resulted in an increase in plastic deformation of the aluminium target. However, a little effect of the shot velocity and size was observed on the magnitude of target's subsurface compressive residual stress. The obtained results were close to the published ones, and the numerical models demonstrated the capability of the method to capture the pattern of residual stress and plastic deformation observed experimentally in aluminium alloys. The study can be quite helpful in determining and selecting the optimal shot peening parameters to achieve specific level of plastic deformation and compressive residual stress in the aluminium alloy parts especially compressor blades.
In this study, experiments were tried on the mixed-mode I+II single overloading model which changes the loading mode of overload and fatigue load. Aspects of deformation field in front of the crack which is formed by mixed-mode I+II single overloading were experimentally studied. Then the shape and size of mixed-mode plastic zone were approximately calculated. The propagation behavior of fatigue crack was examined under the test conditions combined by changing the loading mode. The behavior of fatigue cracks were greatly affected by shapes of plastic deformation field and applying mode of fatigue load. Accuracy of prediction and evaluation for fatigue life may be improved by considering all aspects of deformation and behavior of fatigue cracks.
In this study, an investigation based on the superposition principle to predict residual stress redistribution caused by crack propagation itself initially through residual tensile stress field was performed by finite element method. The tendency in residual stress redistribution caused by crack propagation recognized both from the analytical results and experimental result was the residual stress concentration consecutively occurred in the vicinity of crack tip even the situation that the crack propagated to the region initially residual compressive stress existed. The software for the analysis is ABAQUS, which is a general purpose finite element package. The analytical method that attempt to take the plastic deformation at the crack tip due to tensile residual stress into the consideration of residual stress redistribution caused by crack propagation was proposed. The plastic zone size at the tip of fatigue crack and redistributed residual stresses were calculated by finite element method on the bases of the concept of Dugdale model. Comparing these analytical results with experimental results, it is verified that the residual stress redistribution caused by crack propagation can be predicted by finite element method with the proposed analytical method.
In the present paper we report the results of a study into Friction Stir Welds (FSWs) made in 13 mm-thick 12%-Cr steel plates. Based on residual strains obtained by diffraction techniques, eigenstrain analysis was performed using the Eigenstrain Reconstruction Method (ERM), which is a novel methodology for the reconstruction of full-field residual strain and stress distributions within engineering components. Significant eigenstrain distributions were found at around Thermo-Mechanically Affected Zone (TMAZ) where the most severe plastic deformation was occurred. Microstructure analysis was used to elucidate this phenomenon showing that the grain structure in TMAZ was bent and not successfully recrystallised, resulting in severe deformation behaviour. The reconstructed residual strain distributions by the ERM agree well with the experimental results. It was found that the approach based on theory of eigenstrain is a powerful basis for reconstructing the full-field residual strain/stress distributions in engineering components and structures.
Kim, Sung-Ho;Kim, Chae-Hwan;Oh, Hwa-Jin;Choi, Chi-Hoon;Kim, Byoung-Yoon;Youn, Jae-Ryoun
Korea-Australia Rheology Journal
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제19권4호
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pp.183-190
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2007
Injection molding is one of the most common operations in polymer processing. Good quality products are usually obtained and major post-processing treatment is not required. However, residual stresses which exist in plastic parts affect the final shape and mechanical properties after ejection. Residual stresses are caused by polymer melt flow, pressure distribution, non-uniform temperature field, and density distribution. Residual stresses are predicted in this study by numerical methods using commercially available softwares, $Hypermesh^{TM},\;Moldflow^{TM}\;and\;ABAQUS^{TM}$. Cavity filling, packing, and cooling stages are simulated to predict residual stress field right after ejection by assuming an isotropic elastic solid. Thermo-viscoelastic stress analysis is carried out to predict deformation and residual stress distribution after annealing of the part. Residual stresses are measured by the hole drilling method because the automotive part selected in this study has a complex shape. Residual stress distribution predicted by the thermal stress analysis is compared with the measurement results obtained by the hole drilling method. The molded specimen has residual stress distribution in tension, compression, and tension from the surface to the center of the part. Viscoelastic deformation of the part is predicted during annealing and the deformed geometry is compared with that measured by a three dimensional scanner. The viscoelastic stress analysis with a thermal cycle will enable us to predict long term behavior of the injection molded polymeric parts.
During recent earthquakes, a significant number of concrete structures suffered extensive damage. Conventional reinforced concrete structures are designed for life-time safety that may see permanent inelastic deformation after severe earthquakes. Hence, there is a need to utilize adequate materials that have the ability to tolerate large deformation and get back to their original shape. Super-elastic shape memory alloy (SMA) is a smart material with unique properties, such as the ability to regain undeformed shape by unloading or heating. In this research, four different stories (three, five, seven and nine) of reinforced concrete (RC) buildings have been studied and subjected to near-field ground motions. For each building, two different types of reinforcement detailing are considered, including (1) conventional steel reinforcement (RC frame) and (2) steel-SMA reinforcement (SMA RC frame), with SMA bars being used at plastic zones of beams and steel bars in other regions. Nonlinear time history analyses have been performed by "SeismoStruct" finite element software. The results indicate that the application of SMA materials in plastic hinge regions of the beams lead to reduction of the residual displacement and consequently post-earthquake repairs. In general, it can be said that shape memory alloy materials reduce structural damage and retrofit costs.
Although the finite element method is a good tool to analyze skin-pass rolling, it is hard to be applied in the field because of its long calculation time. In the current study, simple numerical models were developed for the prediction of roll force and residual stress profiles along the strip width. These models are based on finite element analysis and a coupled solution of Sims’ equation and Hitchcock’s formula. The results indicate that plastic strains can be represented as in simple equations of the deformed roll profile and the initial thickness of the strip.
A field based non-destructive hardness method is being developed to determine plastic strain in steel elements subjected to seismic loading. The focus of this study is on the active links of eccentrically braced frames (EBFs). The 2010/2011 Christchurch earthquake series, especially the very intense February 22 shaking, which was the first earthquake worldwide to push complete EBF systems into their inelastic state, generating a moderate to high level of plastic strain in EBF active links for a range of buildings from 3 to 23 storeys in height. Plastic deformation was confined to the active links. This raised two important questions: what was the extent of plastic deformation and what effect does that have on post-earthquake steel properties? A non-destructive hardness test method is being used to determine a relationship between hardness and plastic strain in active link beams. Active links from the earthquake affected, 23-storey Pacific Tower building in Christchurch are being analysed in the field and laboratory. Test results to date show clear evidence that this method is able to give a good relationship between plastic strain and demand. This paper presents significant findings from this project to investigate the relationship between hardness and plastic strain that warrant publication prior to the completion of the project. Principal of these is the discovery that hot rolled steel beams carry manufacturing induced plastic strains, in regions of the webs, of up to 5%.
철도궤도 상부 흙노반은 궤광으로부터 전달된 열차하중을 지지하고 분산하는 기능을 갖는다. 성토체의 일반적인 흙노반은 흙재료를 다짐하여 조성하며 차량 반복하중에 의해 공용중 잔류침하가 발생하는 데 일정부분 기여한다. 흙노반의 잔류침하는 회복불가능한 영구변형이어서 궤도틀림 등 궤도 안전성을 크게 저하시킨다. 그럼에도 불구하고 현재까지 흙노반재료에 대한 역학적 시험을 바탕으로 합리적인 잔류침하 관리기준이 제시된 바 없다. 반면에 흙노반의 현장관리 및 판정기준은 강성평가 또는 현장들밀도시험에 의해서만 이루어지고 있어 불합리하다. 본 연구에서는 흙노반이 경험하는 전단응력비(${\tau}/{\tau}_f$)와 구속압(${\sigma}_3$)을 수치해석을 통해 구하고 이를 반영한 실내 흙노반 영구변형시험방법을 제시하였다. 제시된 시험방법을 이용하여 대표적인 철도건설현장 흙노반 재료로 만든 다짐시편에 대하여 반복삼축시험을 실시하였으며 이로부터 향후 잔류침하의 추정에 활용할 수 있는 기본 영구변형예측모델 모델계수를 구속압 및 전단응력비 수준별로 제시할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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