Kang, Gun;Oh, Jeong Seok;Choi, Kwon Yong;Kim, Dae-Young;Kim, Heon Young
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.22
no.6
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pp.104-112
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2014
Generally, numerical approaches of evaluation for vehicle seat comfort have been studied without considering time-dependent characteristics and the only seating moment have been considered in seat design. However, the comfort not only at the seating moment but also in the long-term should be evaluated because the passengers are sitting repeatedly on the seat to drive the vehicle for hours. So, the aim of this paper is to carry out a quantitative evaluation of the time-dependent mechanical characteristics of seat foams and to suggest a process for predicting the viscoelastic deformation of seat foam in response to long-term driving. To characterize the seat materials, uniaxial compression and tension tests were carried out for the seat foam and stress relaxation tests were performed for evaluating the viscoelastic behavior of the seat foam. A unit solid element model was used to verify the reliability of the material model with respect to the compression behavior of the seat foam. It is not straightforward to evaluate the time-dependent compression of foams using the explicit solver because the viscoelastic material model is limited. To use the explicit solver, the material model must be modified using stress-degradation data. Normalized stress relaxation moduli were added to the stress-strain curves obtained under static conditions to achieve a time-dependent set of stress-strain relations that were compatible with the implicit solver. There was good agreement between the analysis results and experimental data.
Despite a number of advantages of reinforced earth walls over conventional concrete retaining walls, there exist concerns over long-term residual deformation when subjected to repeated and/or cyclic loads, especially when used as part of permanent structures. In view of these concerns, in this paper time-dependent deformation characteristics of geosynthetic reinforced soil under sustained and/or repeated loads were investigated using a series of plane strain compression tests on geogrid reinforced weathered granite soil specimens. The results indicate that sustained or repeated loads can yield appreciable magnitudes of residual deformations, and that the residual deformations are influenced not only by the loading characteristics but by the mechanical properties of geogrid. It is also found that the preloading technique can be effectively used in controlling residual deformations of reinforced soils subjected to sustained and/or repeated loads.
In the present study, the third-order shear deformation theory (TSDT) is presented to investigate time-dependent thermo-elastic creep behavior and life assessment of rotating thick cylindrical shells with variable thickness made of 304L austenitic stainless steel (304L SS). The cylindrical shells are subjected to non-uniform internal pressure, distributed temperature field, and a centrifugal body force due to rotating speed. Norton's law is used to describe the material creep constitutive model. A system of differential equations in terms of displacement and boundary conditions is derived by employing the minimum total potential energy principle based on TSDT. Then, the resulting equations are solved as semi-analytically using the multilayered method (MLM), which leads to an accurate solution. Subsequently, an iterative procedure is also proposed to investigate the stresses and deformations at different creep times. Larson-Miller Parameter (LMP) and Robinson's linear life fraction damage rule are employed to estimate the creep damages and the remaining life of cylindrical shells. In this research, the creep model uses Norton's law, LMP, and Robinson's approach which is the most accurate and reasonable model. To the best of the researcher's knowledge, in the previous studies, there is no study carried out on third-order shear deformation theory for thermo-elastic creep analysis and life assessment of thick cylinders with variable thickness. The results obtained from the multilayered approach are compared and validated with those determined from the finite element method (FEM) to confirm the accuracy of the suggested method based on TSDT and very good agreement is found. The results indicate that the present analysis is accurate and computationally efficient.
Time effect on the deformation and strength characteristics of geogrid reinforced sand retaining wall has become an important issue in geotechnical and transportation engineering. Three physical model tests on geogrid reinforced sand retaining walls performed under various loading conditions were simulated to study their rate-dependent behaviors, using the presented nonlinear finite element method (FEM) analysis procedure. This FEM was based on the dynamic relaxation method and return mapping scheme, in which the combined effects of the rate-dependent behaviors of both the backfill soil and the geosynthetic reinforcement have been included. The rate-dependent behaviors of sands and geogrids should be attributed to the viscous property of materials, which can be described by the unified three-component elasto-viscoplastic constitutive model. By comparing the FEM simulations and the test results, it can be found that the present FEM was able to be successfully extended to the boundary value problems of geosynthetic reinforced soil retaining walls. The deformation and strength characteristics of the geogrid reinforced sand retaining walls can be well reproduced. Loading rate effect, the trends of jump in footing pressure upon the step-changes in the loading rate, occurred not only on sands and geogrids but also on geogrid reinforced sands retaining walls. The lateral earth pressure distributions against the back of retaining wall, the local tensile force in the geogrid arranged in the retaining wall and the local stresses beneath the footing under various loading conditions can also be predicted well in the FEM simulations.
This paper conducts a complicated coupled effective stress analysis of X-section-in-place concrete (XCC) pile installation and consolidation processes using the dual-stage Eulerian-Lagrangian (DSEL) technique incorporating the modified Cam-clay model. The numerical model is verified by centrifuge data and field test results. The main objective of this study is to investigate the shape effect of XCC pile cross-section on radial total stress, excess pore pressure and time-dependent strength. The discrepancies of the penetration mechanism and set-up effects on pile shaft resistance between the XCC pile and circular pile are discussed. Particular attention is placed on the time-dependent strength around the XCC pile shaft. The results show that soil strength improved more significantly close to the flat side compared with the concave side. Additionally, the computed ultimate shaft resistance of XCC pile incorporating set-up effects is 1.45 times that of the circular pile. The present findings are likely helpful in facilitating the incorporation of set-up effects into XCC pile design practices.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.10
no.2
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pp.49-58
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1990
A numerical procedure is developed to analyze the time-dependent deflections of prestressed concrete bridges constructed by the segmental cantilever method. The developed computer program accounts for the time-dependent properties of prestressed concrete materials due to the varying modulus of elasticity, creep and shrinkage of concrete and the stress relaxation of prestressing steel. It also accounts for the stiffness increase due to the presence of the steel reinforcements and the effects of the shear deformation of the prestressed concrete bridge girders. The program is applied to a multi-span continuous segmental prestressed concrete bridge to demonstrate its capabilities and to explore the behavior characteristics of the segmental bridges.
PURPOSES: A viscoelastic axisymmetric finite element analysis code has been developed for stress analysis of asphalt pavement structures. METHODS: Generalized Maxwell Model (GMM) and 4-node isoparametric element were employed for finite element formulation. The code was developed using C^{+}^{+} computer program language and named as KICTPAVE. For the verification of the developed code, a structural model of a pavement system was constructed. The structural model was composed of three layers: asphalt layer, crushed stone layer, and soil subgrade. Two types of analysis were considered for the verification: (1)elastic static analysis, (2)viscoelastic time-dependent analysis. For the elastic static analysis, linear elastic material model was assigned to all the layers, and a static load was applied to the structural model. For the viscoelastic time-dependent analysis, GMM and linear elastic material model were assigned to the asphalt layer and all the other layers respectively, and a cyclic loading condition was applied to the structural model. RESULTS: The stresses and deformations from KICTPAVE were compared with those from ABAQUS. The analysis results obtained from the two codes showed good agreement in time-dependent response of the element under the loading area as well as the surface deformation of asphalt layer, and horizontal and vertical stresses along the axisymmetric axis. CONCLUSIONS: The validity of KICTPAVE was confirmed by showing the agreement of the analysis results from the two codes.
This paper aims to present an alternative analytical method for transient vibration analysis of doubly-curved laminated shells subjected to dynamic loads. In the method proposed, the governing differential equations of laminated shell are derived using the dynamic version of the principle of virtual displacements. The governing equations of first order shear deformation laminated shell are obtained by Navier solution procedure. Time-dependent equations are transformed to the Laplace domain and then Laplace parameter dependent equations are solved numerically. The results obtained in the Laplace domain are transformed to the time domain with the help of modified Durbin's numerical inverse Laplace transform method. Verification of the presented method is carried out by comparing the results with those obtained by Newmark method and ANSYS finite element software. Also effects of number of laminates, different material properties and shell geometries are discussed. The numerical results have proved that the presented procedure is a highly accurate and efficient solution method.
In the present paper, the overall state of the arts of ice mechanics which is the most typical research topic of the artic engineering field was studied. And also, ice loads genrated by ice-structure interaction were estimated using numerical approach. The effects of viscous property of ice sheets to the ice load were investigated. The time dependent deformation behaviors of ice was modeled by visco-plastic problem using the finite element formalism. Constitutive model representing the material properties of ice was idealized by comblned rheological model with Maxwell and Voigt models. Numerical calculations for the bending and crushing behavior of ice sheet which are the most typical interaction modes between ice sheets and structures were carried out. The time dependent viscous behaviors of ice sheets interaction forces acting on structures were analyzed and the results were studied in detail.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.33
no.5
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pp.447-454
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2009
Rate-independent crystal plasticity model suffers from the non-uniqueness of activated slip systems and the determination of the shear slip rates on the active slip systems. In this paper, a time-integration algorithm which circumvents the problem of the multiplicity of the slip systems was developed and implemented into the user subroutine VUMAT of a commercial finite element program ABAQUS. The magnitude of the slip shears on the active slip systems in f.c.c Cu single crystal aligned with the specific crystallographic orientation was investigated to validate our solution procedure. Also, texture developments under various deformation modes such as simple compression, simple tension and plane strain compression were compared with the results of the rate-dependent model by using the rate-independent crystal plasticity model. The computation time employing the rate-independent model is much more reduced than the those of the rate-dependent model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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