The objective of this paper is to study the two dimensional deformation in transversely isotropic thermoelastic medium without energy dissipation due to time harmonic sources using new modified couple stress theory, a continuum theory capable to predict the size effects at micro/nano scale. The couple stress constitutive relationships have been introduced for transversely isotropic thermoelastic medium, in which the curvature tensor is asymmetric and the couple stress moment tensor is symmetric. Fourier transform technique is applied to obtain the solutions of the governing equations. Assuming the deformation to be harmonically time-dependent, the transformed solution is obtained in the frequency domain. The application of a time harmonic concentrated and distributed sources have been considered to show the utility of the solution obtained. The displacement components, stress components, temperature change and couple stress are obtained in the transformed domain. A numerical inversion technique has been used to obtain the solutions in the physical domain. The effects of angular frequency are depicted graphically on the resulted quantities.
The long-term stability of rock engineering is significantly affected by the time-dependent deformation behavior of rock, which is an important mechanical property of rock for engineering design. Although the hard rocks show small creep deformation, it cannot be ignored under high-stress condition during deep excavation. The inner mechanism of creep is complicated, therefore, it is necessary to investigate the relationship between microscopic creep mechanism and the macro creep behavior of rock. Microscopic numerical modeling of sandstone creep was performed in the investigation. A numerical sandstone sample was generated and Parallel Bond contact and Burger's contact model were assigned to the contacts between particles in DEM simulation. Sensitivity analysis of the microscopic creep parameters was conducted to explore how microscopic parameters affect the macroscopic creep deformation. The results show that the microscopic creep parameters have linear correlations with the corresponding macroscopic creep parameters, whereas the friction coefficient shows power function with peak strength and Young's modulus, respectively. Moreover, the microscopic parameters were calibrated. The creep modeling curve is in good agreement with the verification test result. Finally, the creep curves under one-step loading and multi-step loading were compared. This investigation can act as a helpful reference for modeling rock creep behavior from a microscopic mechanism perspective.
In this paper, the progressive deformation and the creep-fatigue damage for the conceptually designed reactor internals of KALIMER(Korea Advanced Liquid MEtal Reactor) are carried out by using the elastic analysis method in the RCC-MR code for normal operating conditions including the thermal load, seismic load (OBE) and dead weight. The maximum operating temperature of this reactor is 53$0^{\circ}C$ and the total service lifetime is 30 years. Thus, the time- dependent creep and stress-rupture effects become quite important in the structural design. The effects of the thermal induced membrane stress on the creep-fatigue damage are investigated with the risk of the elastic follow-up. To calculate the thermal stress, detailed thermal analyses considering conduction, convection and radiation heat transfer mechanisms are carried out with the ANSYS program. Using the results of the elastic analysis, the progressive deformation and creep-fatigue damages are calculated step by step using the RCC-MR in detail. This paper ill be a very useful guide for an actual application of the high temperature structural design of the nuclear power plant accounting for the time-dependent creep and stress-rupture effects.
This investigation presented conventional triaxial and creep-permeability tests on sandstones considering thermally-induced damage (TID). The TID had no visible effects on rock surface color, effective porosity and permeability below $300^{\circ}C$ TID level. The permeability enlarged approximately two orders of magnitude as TID increased to $1000^{\circ}C$ level. TID of $700^{\circ}C$ level was a threshold where the influence of TID on the normalized mass and volume of the specimen can be divided into two linear phases. Moreover, no prominent variations in the deformation moduli and peak strength and strain appeared as TID< $500^{\circ}C$ level. It is interesting that the peak strength increased by 24.3% at $700^{\circ}C$ level but decreased by 11.5% at $1000^{\circ}C$ level. The time-related deformation and steady-state creep rate had positive correlations with creep loading and the TID level, whereas the instantaneous modulus showed the opposite. The strain rates under creep failure stresses raised 1-4 orders of magnitude than those at low-stress levels. The permeability was not only dependent on the TID level but also dependent on creep deformation. The TID resulted in large deformation and complexity of failure pattern for the sandstone.
Embankments on soft ground experience significant deformation during time-dependent consolidation settlement, as well as an initial undrained settlement. Since infinitesimal strain theory assumes no configuration change and minute strain during deformation, finite strain analysis is required for better prediction of geotechnical problems involving large strain and geometric change induced by imposed loadings. Updated Lagrangian formulation is developed for time-dependent consolidation combining both force equilibrium and mass conservation of fluid, and mechanical constitutive equation is written in Janumann stress rate. Numerical convergence during Newton's iteration in large deformation analysis is improved by Nagtegaal's approach of considering the effect of rotation in mechanical constitutive relationship. Numerical simulations are conducted to discuss numerical reliability and applicability of developed numerical code: deformation of cantilever beam, two-dimensional consolidation. The numerical results show that developed formulation can efficiently describe large deformation problems. Proposed formulation is expected to facilitate the upgrading of a numerical code based on infinitesimal strain theory to that based on finite strain analysis.
It is important to make reasonable prediction about the long-term deformation of high rockfill geostructures. However, the deformation is usually underestimated using the rockfill parameters obtained from laboratory tests due to different size effects, which make it necessary to identify parameters from in-situ monitoring data. This paper proposes a novel hybrid back-analysis method with a modified objective function defined for the time-dependent back-analysis problem. The method consists of two stages. In the first stage, an improved weighted average method is proposed to quickly narrow the search region; while in the second stage, an adaptive response surface method is proposed to iteratively search for the satisfactory solution, with a technique that can adaptively consider the translation, contraction or expansion of the exploration region. The accuracy and computational efficiency of the proposed hybrid back-analysis method is demonstrated by back-analyzing the long-term deformation of two high embankments constructed for airport runways, with the rockfills being modeled by a rheological model considering the influence of stress states on the creep behavior.
The memory response of nonlocal systematical formulation size-dependent coupling of viscoelastic deformation and thermal fields for piezoelectric materials with dual-phase lag heat conduction law is constructed. The method of the matrix exponential, which constitutes the basis of the state-space approach of modern control theory, is applied to the non-dimensional equations. The resulting formulation together with the Laplace transform technique is applied to solve a problem of a semi-infinite piezoelectric rod subjected to a continuous heat flux with constant time rates. The inversion of the Laplace transforms is carried out using a numerical approach. Some comparisons of the impacts of nonlocal parameters and time-delay constants for various forms of kernel functions on thermal spreads and thermo-viscoelastic response are illustrated graphically.
A finite element analysis to solve the coupled thermomechanical problem in the plane strain upsetting of the porous metals was performed. The analysis was formulated using the yield function advanced by Lee and kim and developed using the thermo-elasto-plastic time integration procedure. The density and temperature dependent thermal and mechanical properties of porous metals were considered. The internal heat generation by the plastic deformation and the changing thermal boundary conditions corresponding to the geometry were incorporated in the program. The distributions of the stress, strain, pressure, density and temperature were predicted during the free resting period, deformation period and dwelling period of the forging process.
The objective of this paper is to predict and evaluate the sealing performance of the thermoplastic rubber component in the proto-design stage. The large strain and large deformation properties of rubber are modeled by strain energy function and the related material constants are calculated from the test data. The viscoelastic property of the rubber is also considered using the coefficients in a Prony series representation of a viscoelastic modulus ken the compression stress relaxation test. The results show that the current design of cap mount system has 2-different stiffness caused by the cap-mount contact and the viscoelastic property of rubber plays an important role in time dependent deformation.
The purpose of this study is to predict and investigate the time-dependent creep behavior of composite materials. For this, firstly the evaluation method for the modulus of elasticity of whole fiber and matrix is presented from the limited information on fiber volume fraction using the singular value decomposition method. Then, the effects of fiber volume fraction on modulus of elasticity of GFRP are verified. Also, as a creep model, the nonlinear curve fitting method based on the Marquardt algorithm is proposed. Using the existing Findley's power creep model and the proposed creep model, the effect of fiber volume fraction on the nonlinear creep behavior of composite materials is verified. Then, for the time-dependent analysis of a composite material subjected to uniaxial tension and simple shear loadings, a user-provided subroutine UMAT is developed to run within ABAQUS. Finally, the creep behavior of center loaded beam structure is investigated using the Hermitian beam elements with shear deformation effect and with time-dependent elastic and shear moduli.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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