The thermomechanical behaviors of the shape memory alloy were conducted through the finite element analysis of ABAQUS with UMAT user subroutine. The unified thermomechanical constitutive equation suggested by Lagoudas was adapted into the UMAT user subroutine to investigate the characteristics of the shape memory alloy. The three cases were solved to investigate the thermomechanical characteristics of the shape memory alloy. The material properties for the analysis were obtained by DSC and DMA techniques. According to the results, the thermomechanical characteristics, such as a shape memory effect and a pseudoelastic effect, could be obtained through the finite element analysis and the analysis results were revealed to agree well with the experimental results. Therefore, the finite element analysis using UMAT user subroutine is one of prominent analysis techniques to investigate the thermomechnical behaviors of the shape memory alloy quantitatively.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제7권1호
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pp.91-98
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2006
The thermomechanical behaviors of SMA thin film actuator and their application are investigated. The numerical algorithm of the 2-D SMA thermomechanical constitutive equation is developed and implemented into the ABAQUS finite element program by using the user defined material (UMAT) subroutine. To verify the numerical algorithm of SMAs, the results are compared with experimental data. For the application of SMA thin film actuator, the methodology to maintain the precise configuration of inflatable membrane structure is demonstrated.
This paper proposes a nonlinear computational modeling approach for the behaviors of structural systems subjected to fire. The proposed modeling approach consists of fire dynamics analysis, nonlinear transient-heat transfer analysis for predicting thermal distributions, and thermomechanical analysis for structural behaviors. For concretes, transient heat formulations are written considering temperature dependent heat conduction and specific heat capacity and included within the thermomechanical analyses. Also, temperature dependent stress-strain behaviors including compression hardening and tension softening effects are implemented within the analyses. The proposed modeling technique for transient heat and thermomechanical analyses is first validated with experimental data of reinforced concrete (RC) beams subjected to high temperatures, and then applied to a bridge model. The bridge model is generated to simulate the fire incident occurred by a gas truck on April 29, 2007 in Oakland California, USA. From the simulation, not only temperature distributions and deformations of the bridge can be found, but critical locations and time frame where collapse occurs can be predicted. The analytical results from the simulation are qualitatively compared with the real incident and show good agreements.
The thermomechanical characteristics were evaluated for 17-4PH stainless steel widely used in supersonic airframe subjected to both aerodynamic loading and heating. The thermomechanical tests were conducted under both elevated temperature and rapid heating condition from $1^{\circ}C/sec\;to\;28^{\circ}C/sec$. The thermomechanical behaviors under rapid heating were compared with those of elevated temperature after 1/2 hour exposure in terms of yield stress to investigate the influence of heating rates. A heating rate-yield temperature parameter was suggested for rapid heating based on time-temperature parameters, and master yield stress curve was obtained by using these parameters. The experimental results and methodology from this study can be used as basic engineering data when designing supersonic vehicle structures subjected to aerodynamic loading and severe heating environment.
The thermomechanical elasto-plastic problems in hot forging of the porous metals are analyzed using the thermo-elasto-plastic finite element method. This finite element program has been formulated using the yield condition advanced by Lee and Kim and developed using the thermo-elasto-plastic time integration procedure. Thermomechanical responses and densification behaviors of the porous metals during hot forging are calcucated at various initial relative densities, strain rates and temperatures. The calculated results are in good agreement with experimental data.
이 연구에서는 에폭시 수지에 포함된 나노 실리카 입자의 농도가 재료의 열/기계적 물성에 미치는 영향에 대해 알아보았다. 약 12 nm 크기의 나노 입자를 에폭시 수지에 다섯가지 무게비로 섞은 나노복합소재를 제작하였다. DMA와 TMA 방법을 이용하여 유리전이온도, 응력이완, 열팽창 거동을 측정하였다. 이를 통해 나노입자가 재료의 점탄성 거동에 어떠한 영향을 미치는지 보였다. 실리카 입자의 함량이 증가할수록 순수 에폭시 재료 대비 탄성 물성은 증가하였고, 유리전이온도는 감소하였다. FTIR 결과는 분자구조의 관점에서 충진제 함량에 따른 물성변화의 원인을 찾고 나노입자가 에폭시 분자 구조에 어떠한 영향을 미치는지를 규명하는데 중요한 역할을 하였다.
The analysis of thermoplastic automotive bumpers needs not only characterizations of the thermomechanical properties of thermoplastic materials but also the finite element method which can solve the problems with a large deflection, an elastic-inelastic deformation, and a change of a contact state. This paper describes the modeling techniques in the finite element analysis in order to get a good prediction of thermoplastic bumper behaviors. Simplification effects of a complex geometry of thermoplastic bumpers are studied by comparing the results from static loading tests and the finite element analysis.
The present study fabricated polyvinyl alcohol (PVA) fiber-reinforced alkali-activated slag/fly ash (AASF) composites with varying mixture ratios of slag and fly ash. The thermomechanical behaviors of the AASF composites exposed to 200, 400, 600, or 800℃ were evaluated by means of compressive strength test, visual observation, and fire resistance tests. X-ray diffractometry, mercury intrusion porosimetry, and thermogravimetry tests were performed to analyze the microstructure change of the AASF composites upon exposure to high temperatures. Specimens exhibited a gradual strength loss up to 600℃, while also showing a significant decrease in the strength above 600℃. The fire resistance test revealed the occurrence of an inflection point as indicated by an increase in the internal temperature at around 200℃. In addition, specimens showed the dehydration of C-S-H gel, the presence of åkermanite, gehlenite, and anorthite upon exposure to 800℃, which is associated with the formation of macropore population with pores having diameters of 1-3 ㎛ and 20-40 ㎛. Visual observation indicated that the PVA fibers mitigated the cracking and/or spalling of the specimens upon exposure to 800℃.
Ti-based coatings following laser ablation were studied to compare degradation behaviors by thermomechanical stress. TiN, TiCN, and TiAlN coatings were degraded by a Nd:YAG pulsed laser with an increase in the laser pulses. A decrease in the hardness was identified as the pulses increased, and the hardness levels were in the order of TiAlN > TiCN > TiN. The TiN showed cracks on the surface, and cracks with pores formed along the cracks were observed in the TiCN. The dominant degradation behavior of the TiAlN was surface pore formation. EDS results revealed that diffusion of substrate atoms to the coating surface occurred in the TiN. Delamination occurred in the TiN and TiCN, while the TiAlN which has higher thermal stability than the TiN and TiCN maintained adhesion to the substrate. It was considered that the decrease in the hardness of the Ti-based hard coatings is attributed to surface cracking and the diffusion of substrate atoms.
Dissolution and precipitation behaviors of complex carbonitrides in austenite of a V-Nb microalloyed steel were quantitatively examined through electrical resistivity measurement and transmission electron microscopy. The electrical resistivity increased with solution treatment temperature up to $1240^{\circ}C$ and then was saturated at $225n{\Omega}m$ for a holding time of 10 min. The electrical resistivity method was also used to quantitatively measure the isothermal precipitation kinetics of the complex carbonitrides in austenite. Nb-rich precipitates were observed in austenite at the early stages of precipitation, but Nb was replaced by V up to the equilibrium amount within the precipitates with further holding time. The time-temperature-precipitation diagram showed a C-type curve; nose temperature and its incubation time were $900^{\circ}C$ and 100 s, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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