Analysis of the internal state of the blast furnace is needed to predict and control the operating condition. Especially, it is important to develop modeling of blast furnace for predicting cohesive zone because shape of cohesive zone influences overall operating condition of blast furnace such as gas flow, chemical reactions and temperature. because many previous blast furnace models assumed cohesive zone to be fixed, they can't evaluate change of cohesive zone shape by operation condition such as PCR, blast condition, and production rate. In this study, an axi-symmetric 2-dimensional steady state model is proposed to simulate blast furnace process. In this model, cohesive zone is changed by solid temperature range, FVM is used for numerical simulation. To find location of cohesive zone whole calculation procedure is iterated Until cohesive zone is converged. Through this approach, shape of cohesive zone, velocity, composition and temperature within the furnace are predicted by model.
Analysis of the internal state of the blast furnace is necessary to predict and to control the operating conditions. Especially, it is important to develop models of the blast furnace to predict the cohesive zone because shape of the cohesive zone influences overall operating conditions of blast furnace such as gas flow, chemical reactions and temperature. Because many previous blast furnace models have assumed cohesive zone to be fixed, it was not possible to evaluate the shape change of cohesive zone in relation with operating conditions such as PCR, blast condition, and production rate. In this study, an axi-symmetric 2-dimensional steady state model is proposed to simulate blast furnace processes. In this model, cohesive zone is determined by the solid temperature. Finite volume method is employed for numerical simulation. To find location of the cohesive zone, entire calculation procedure is iterated until converged. Through this approach, shape of the cohesive zone, velocity and temperature within the furnace are predicted from the model.
The objective of this study is to propose the FE model for mechanical clinched joint using cohesive zone model to analyze its failure behavior under impact loading. Cohesive zone model (CZM) is two-parameter failure criteria approach, which could describe the failure behavior of joint using critical stress and fracture toughness. In this study, the relationship between failure behavior of mechanical clinched joint and fracture parameters is investigated by FE analysis with CZM. Using this relationship, the critical stress and fracture toughness for tensile and shear mode are determined by H-type tensile test and lap shear test, which were made of 5052 aluminum alloy. The fracture parameters were applied to the tophat impact test to evaluate the crashworthiness. Compared penetration depth and energy absorption at the point where 50% of total displacement in result of FE analysis and experiment test for impact test, those has shown similar crashworthiness.
In this paper, fracture behavior of laminated composites with notch was studied by cohesive zone modeling approach. The numerical modeling proceeded by first generating 3 dimensional solid element meshes for notched laminated composite coupon configurations. Then cohesive elements representing failure modes of fiber fracture, matrix cracking and delamination were inserted between bulk elements in all regions where the corresponding failures were likely to occur. Next, progressive failure analyses were performed simulating uniaxial tensile tests. The numerical results were compared to those by experiment available in the literature for verification of the analysis approach. Finally, notched laminated composite configurations with selected stacking sequences were analyzed and the failure behavior was carefully examined focusing on the failure initiation and progression and the dominating failure modes.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.33
no.5
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pp.474-481
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2009
Fracture models and criteria of adhesive with two parameters, namely $G_C$ and ${\sigma}_{max}$, have been developed to describe the fracture process of adhesive joints. Cohesive zone model(CZM) is a representative two parameter failure criteria approach. In CZM, ${\sigma}_{max}$ is a critical, limiting maximum value of the stress in the damage zone ahead of the crack and is assumed to have some physical significance in adhesive failure. Based on CZM and finite element analysis method, the relationship between fracture load and adhesive properties, as $G_{IC)$ and $({\sigma}_{max})_I$, was investigated in adhesively bonded joint tensile test and T-peel test. The two parameters in tensile mode loading were evaluated by using the relationship. The value of $G_{\IC}$ evaluated by proposed method showed close agreement with analytical solution for tapered double cantilever beam(TDCB) test which proposed in an ASTM standard.
This paper presents a high accuracy Finite Element approach for delamination modelling in laminated composite structures. This approach uses multi-layered shell element and cohesive zone modelling to handle the mechanical properties and damages characteristics of a laminated composite plate under low velocity impact. Both intralaminar and interlaminar failure modes, which are usually observed in laminated composite materials under impact loading, were addressed. The detail of modelling, energy absorption mechanisms, and comparison of simulation results with experimental test data were discussed in detail. The presented approach was applied for various models and simulation time was found remarkably inexpensive. In addition, the results were found to be in good agreement with the corresponding results of experimental data. Considering simulation time and results accuracy, this approach addresses an efficient technique for delamination modelling, and it could be followed by other researchers for damage analysis of laminated composite material structures subjected to dynamic impact loading.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.37
no.4
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pp.267-274
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2024
Hydrogen embrittlement fracture poses a challenge in ensuring the structural integrity of materials exposed to hydrogen-rich environments. This study advances our comprehension of hydrogen-induced fracture through an integrated numerical modeling approach. In addition, it employs a ductile fracture model named the Gurson-cohesive model (GCM) and hydrogen diffusion analysis. GCM is employed as a fracture model that combines the Gurson model to illustrate the continuum damage evolution and the cohesive zone model to describe crack surface discontinuity and softening behavior. Moreover, porosity and stress triaxiality are considered as crack initiation criteria . A hydrogen diffusion analysis is also integrated with the GCM to account for hydrogen enhanced decohesion (HEDE) mechanisms and their subsequent impacts on crack initiation and propagation. This framework considers the influence of hydrogen on the softening behavior of the traction-separation relationship on the discontinuous crack surface. Parametric studies explore the sensitivity to diffusion properties and hydrogen-induced fracture properties. By combining numerical models of hydrogen diffusion and the ductile fracture model, this study provides an understanding of hydrogen-induced fracture and thereby contributes significantly to the ongoing efforts to design materials that are resilient to hydrogen embrittlement in practical engineering applications.
The present article showcases a temperature dependent cohesive zone model (CZM)-based fi nite element simulation of drop weight tear test (DWTT), to analyse fracture behavior of pipeline steel (PS) at different temperatures. By co-relating the key CZM parameters with known mechanical properties of PS at varying temperature, a temperature dependent CZM for PS is proposed. A modified form of Johnson and Cook model has been used for the true stress-strain behavior of PS. The numerical model, using Abaqus/CAE 6.13, has been validated by comparing the predicted results with load-displacement curves obtained from test data. During steady-state crack propagation, toughness parameters (such as CTOA and CTOD) were found to remain fairly constant at a given temperature. These toughness parameters, however, show an exponential increase with increase in temperature. The present paper offers a plausible approach to numerically analyze fracture behavior of PS at varying temperature using a temperature dependent CZM.
Forti, Tiago L.D.;Forti, Nadia C.S.;Santos, Fabio L.G.;Carnio, Marco A.
Computers and Concrete
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v.23
no.4
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pp.235-243
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2019
The discontinuous Galerkin method (DGM) has become widely used as it possesses several qualities, such as a natural ability to dealing with discontinuities. DGM has its major success related to fluid mechanics. Its major importance is the ability to deal with discontinuities and still provide high order of approximation. That is an important advantage when simulating cracking propagation. No remeshing is necessary during the propagation, since the crack path follows the interface of elements. However, DGM comes with the drawback of an increased number of degrees of freedom when compared to the classical continuous finite element method. Thus, it seems a natural approach to combine them in the same simulation obtaining the advantages of both methods. This paper proposes the application of the combined continuous-discontinuous Galerkin method (CDGM) to crack propagation. An important engineering problem is the simulation of crack propagation in concrete structures. The problem is characterized by discontinuities that evolve throughout the domain. Crack propagation is simulated using CDGM. Discontinuous elements are placed in regions with discontinuities and continuous elements elsewhere. The cohesive zone model describes the fracture process zone where softening effects are expressed by cohesive zones in the interface of elements. Two numerical examples demonstrate the capacities of CDGM. In the first example, a plain concrete beam is submitted to a three-point bending test. Numerical results are compared to experimental data from the literature. The second example deals with a full-scale ground slab, comparing the CDGM results to numerical and experimental data from the literature.
This work deals with unilateral effect of quasi-brittle materials, such as concrete. For this propose, a two-dimensional meso-scale model is presented. The material is considered as a three-phase material consisting of interface zone, matrix and inclusions - each constituent modeled by an appropriate constitutive model. The Representative Volume Element (RVE) consists of inclusions idealized as circular shapes randomly placed into the specimen. The interface zone is modeled by means of cohesive contact finite elements developed here in order to capture the effects of phase debonding and interface crack closure/opening. As an initial approximation, the inclusion is modeled as linear elastic as well as the matrix. Our main goal here is to show a computational homogenization-based approach as an alternative to complex macroscopic constitutive models for the mechanical behavior of the quasi-brittle materials using a finite element procedure within a purely kinematical multi-scale framework. A set of numerical examples, involving the microcracking processes, is provided. It illustrates the performance of the proposed model. In summary, the proposed homogenization-based model is found to be a suitable tool for the identification of macroscopic mechanical behavior of quasi-brittle materials dealing with unilateral effect.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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