Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
/
v.28
no.7
/
pp.930-939
/
2004
Constitutive models for final stage densification of metal powder compacts with power-law creep deformation were investigated. The constitutive models were implemented into a finite element program (ABAQUS) by using user subroutine CREEP and, from FEM results, useful densification curves were obtained when hydrostatic and uniaxial stress were applied to the powder compacts at various pressures and temperatures. Because the densification behavior varied as the constitutive models, the equivalent stress surface on each constitutive equation was investigated to analyze the difference of densification behavior.
With the continuous increase of computational capacity, more and more complex nonlinear elastoplastic constitutive models were developed to study the mechanical behavior of elastoplastic materials. These constitutive models generally contain a large amount of physical and phenomenological parameters, which often require a large amount of computational costs to determine. In this paper, an inverse parameter determination method is proposed to identify the constitutive parameters of elastoplastic materials, with the consideration of both strain rate effect and temperature effect. To carry out an efficient design, a hybrid optimization algorithm that combines the genetic algorithm and the Nelder-Mead simplex algorithm is proposed and developed. The proposed inverse method was employed to determine the parameters for an elasto-viscoplastic constitutive model and Johnson-cook model, which demonstrates the capability of this method in considering strain rate and temperature effect, simultaneously. This hybrid optimization algorithm shows a better accuracy and efficiency than using a single algorithm. Finally, the predictability analysis using partial experimental data is completed to further demonstrate the feasibility of the proposed method.
In this paper, time-continuous constitutive equations for strain rate-dependent materials are presented first, among which those for the overstress and the consistency viscoplastic models are considered. By allowing the stress states to be outside the yield surface, the overstress viscoplastic model directly defines the flow rule for viscoplastic strain rate. In comparison, a rate-dependent yield surface is defined in the consistency viscoplastic model, so that the standard Kuhn-Tucker loading/unloading condition still remains true for rate-dependent plasticity. Based on the formulation of the consistency viscoplasticity, a computational elasto-viscoplastic constitutive model is proposed for the short fiber-reinforced fresh cementitious paste for extrusion purpose. The proposed constitutive model adopts the von-Mises yield criterion, the associated flow rule and nonlinear strain rate-hardening law. It is found that the predicted flow stresses of the extrudable fresh cementitious paste agree well with experimental results. The rate-form constitutive equations are then integrated into an incremental formulation, which is implemented into a numerical framework based on ANSYS/LS-DYNA finite element code. Then, a series of upsetting and ram extrusion processes are simulated. It is found that the predicted forming load-time data are in good agreement with experimental results, suggesting that the proposed constitutive model could describe the elasto-viscoplastic behavior of the short fiber-reinforced extrudable fresh cementitious paste.
The application of shape memory alloys (SMAs) to the seismic response reduction of civil engineering structures has attracted growing interest due to their self-centering feature and excellent fatigue performance. The loading rate dependence of SMAs raises a concern in the seismic analysis of SMA-based devices. However, the implementation of micromechanics-based strain-rate-dependent constitutive models in structural analysis software is rather complicated and computationally demanding. This paper investigates the feasibility of replacing complex rate-dependent models with rate-independent constitutive models for superelastic SMA elements in seismic time-history analysis. Three uniaxial constitutive models for superelastic SMAs, including one rate-dependent thermomechanical model and two rate-independent phenomenological models, are considered in this comparative study. The pros and cons of the three nonlinear constitutive models are also discussed. A parametric study of single-degree-of-freedom systems with different initial periods and strength reduction factors is conducted to examine the effect of the three constitutive models on seismic simulations. Additionally, nonlinear time-history analyses of a three-story prototype steel frame building with special SMA-based damping braces are performed. Two suites of seismic records that correspond to frequent and design basis earthquakes are used as base excitations in the seismic analyses of steel-braced frames. The results of this study show that the rate-independent constitutive models, with their parameters properly tuned to dynamic test data, are able to predict the seismic responses of structures with SMA-based seismic response modification devices.
This article explores a constitutive equation that is able to correlate stress, strain and strain rate. In order to show the advantages of the constitutive equation here proposed and how its material parameters are obtained, data extracted from the literature, for materials as different as polymers and metallic alloys, are used. Finite element simulation of the impact behaviour of a beam is presented to highlight the care one needs to exercise when using the more traditional Cowper-Symonds equation. The present constitutive equation has shown to be accurate for a wide range of strains, stresses and strain rates.
Recent results obtained for the port-pom model and the constitutive equations with time-strain separability are examined. The time-strain separability in viscoelastic systems Is not a rule derived from fundamental principles but merely a hypothesis based on experimental phenomena, stress relaxation at long times. The violation of separability in the short-time response just after a step strain is also well understood (Archer, 1999). In constitutive modeling, time-strain separability has been extensively employed because of its theoretical simplicity and practical convenience. Here we present a simple analysis that verifies this hypothesis inevitably incurs mathematical inconsistency in the viewpoint of stability. Employing an asymptotic analysis, we show that both differential and integral constitutive equations based on time-strain separability are either Hadamard-type unstable or dissipative unstable. The conclusion drawn in this study is shown to be applicable to the Doi-Edwards model (with independent alignment approximation). Hence, the Hadamardtype instability of the Doi-Edwards model results from the time-strain separability in its formulation, and its remedy may lie in the transition mechanism from Rouse to reptational relaxation supposed by Doi and Edwards. Recently in order to describe the complex rheological behavior of polymer melts with long side branches like low density polyethylene, new constitutive equations called the port-pom equations have been derived in the integral/differential form and also in the simplifled differential type by McLeish and carson on the basis of the reptation dynamics with simplifled branch structure taken into account. In this study mathematical stability analysis under short and high frequency wave disturbances has been performed for these constitutive equations. It is proved that the differential model is globally Hadamard stable, and the integral model seems stable, as long as the orientation tensor remains positive definite or the smooth strain history in the flow is previously given. However cautious attention has to be paid when one employs the simplified version of the constitutive equations without arm withdrawal, since neglecting the arm withdrawal immediately yields Hadamard instability. In the flow regime of creep shear flow where the applied constant shear stress exceeds the maximum achievable value in the steady flow curves, the constitutive equations exhibit severe instability that the solution possesses strong discontinuity at the moment of change of chain dynamics mechanisms.
Today, the modeling of concrete as a material within finite element simulations is predominantly done through nonlinear material models of concrete. In current sophisticated computational systems, there are a number of complex concrete material models which are based on theory of plasticity, damage mechanics, linear or nonlinear fracture mechanics or combinations of those theories. These models often include very complex constitutive relations which are suitable for the modeling of practically any continuum mechanics tasks. However, the usability of these models is very often limited by their parameters, whose values must be defined for the proper realization of appropriate constitutive relations. Determination of the material parameter values is very complicated in most material models. This is mainly due to the non-physical nature of most parameters, and also the large number of them that are frequently involved. In such cases, the designer cannot make practical use of the models without having to employ the complex inverse parameter identification process. In continuum mechanics, however, there are also constitutive relations that require the definition of a relatively small number of parameters which are predominantly of a physical nature and which describe the behavior of concrete very well within a particular task. This paper presents an example of such constitutive relations which have the potential for implementation and application in finite element systems. Specifically, constitutive relations for modeling the plane stress state of concrete are presented and subsequently tested and evaluated in this paper. The relations are based on the incremental theory of elastic strain-hardening plasticity in which a non-associated flow rule is used. The calculation result for the case of concrete under uniaxial compression is compared with the experimental data for the purpose of the validation of the constitutive relations used.
Shape memory alloys (SMAs) have the ability to recover their original shape upon thermo-mechanical loading even after large inelastic deformation. The unique feature is known as pseudoelasticity and shape memory effect caused by the crystalline structural transformation between two solid-state phases called austenite and martensite. To support the engineering application, a number of constitutive models, which can be formally classified into either micromechanics-based or phenomenological model, have been developed. Most of the constitutive models include a kinetic law governing the crystallographic transformation. The present work presents a one-dimensional, phenomenological constitutive model for SMAs in the context of the unified viscoplasticity theory. The proposed model does not incorporate the complex mechanisms of phase transformation. Instead, the effects induced by the transformation are depicted through the growth law for the back stress that is an internal state variable of the model.
In this study, developments of an efficient visco-hyperelastic constitutive equation for describing the time dependent material behavior accurately in dynamic and impact loading and finding related materials constants are considered. Based on proposed constitutive model, behaviour of a hollow cylinder elastomer bushing under different dynamic and impact loading conditions is studied. By implementing the developed visco-hyperelastic constitutive equation to LS-DYNA explicit dynamic finite element software a three dimensional model of the bushing is developed and dynamic behaviour of that in axial and torsional dynamic deformation modes are studied. Dynamic response and induced stress under different impact loadings which is rarely studied in previous researches have been also investigated. Effects of hyperelastic and visco-hyperelastic parameters on deformation and induced stresses as well as strain rate are considered.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
/
v.53
no.3
/
pp.19-26
/
2011
In order to estimate the viscous effects of clay over a wide range of strain levels, we confirmed the performance of a viscoelastic-viscoplastic constitutive model by simulating cyclic undrained triaxial tests to determine the cyclic strength and deformation characteristics of natural marine clay. The viscoelastic-viscoplastic constitutive model was then incorporated into an effective stress-based seismic response analysis to estimate the effects of an intermediate clay layer on the behavior of sand layers. Seismic response was simulated by the cyclic viscoelastic-viscoplastic constitutive model created with data recorded at Rokko Island, Kobe, Japan. The results show that a cyclic viscoelastic-viscoplastic constitutive model can provide a good description of dynamic behavior including viscoelastic effects, within a small strain range.
본 웹사이트에 게시된 이메일 주소가 전자우편 수집 프로그램이나
그 밖의 기술적 장치를 이용하여 무단으로 수집되는 것을 거부하며,
이를 위반시 정보통신망법에 의해 형사 처벌됨을 유념하시기 바랍니다.
[게시일 2004년 10월 1일]
이용약관
제 1 장 총칙
제 1 조 (목적)
이 이용약관은 KoreaScience 홈페이지(이하 “당 사이트”)에서 제공하는 인터넷 서비스(이하 '서비스')의 가입조건 및 이용에 관한 제반 사항과 기타 필요한 사항을 구체적으로 규정함을 목적으로 합니다.
제 2 조 (용어의 정의)
① "이용자"라 함은 당 사이트에 접속하여 이 약관에 따라 당 사이트가 제공하는 서비스를 받는 회원 및 비회원을
말합니다.
② "회원"이라 함은 서비스를 이용하기 위하여 당 사이트에 개인정보를 제공하여 아이디(ID)와 비밀번호를 부여
받은 자를 말합니다.
③ "회원 아이디(ID)"라 함은 회원의 식별 및 서비스 이용을 위하여 자신이 선정한 문자 및 숫자의 조합을
말합니다.
④ "비밀번호(패스워드)"라 함은 회원이 자신의 비밀보호를 위하여 선정한 문자 및 숫자의 조합을 말합니다.
제 3 조 (이용약관의 효력 및 변경)
① 이 약관은 당 사이트에 게시하거나 기타의 방법으로 회원에게 공지함으로써 효력이 발생합니다.
② 당 사이트는 이 약관을 개정할 경우에 적용일자 및 개정사유를 명시하여 현행 약관과 함께 당 사이트의
초기화면에 그 적용일자 7일 이전부터 적용일자 전일까지 공지합니다. 다만, 회원에게 불리하게 약관내용을
변경하는 경우에는 최소한 30일 이상의 사전 유예기간을 두고 공지합니다. 이 경우 당 사이트는 개정 전
내용과 개정 후 내용을 명확하게 비교하여 이용자가 알기 쉽도록 표시합니다.
제 4 조(약관 외 준칙)
① 이 약관은 당 사이트가 제공하는 서비스에 관한 이용안내와 함께 적용됩니다.
② 이 약관에 명시되지 아니한 사항은 관계법령의 규정이 적용됩니다.
제 2 장 이용계약의 체결
제 5 조 (이용계약의 성립 등)
① 이용계약은 이용고객이 당 사이트가 정한 약관에 「동의합니다」를 선택하고, 당 사이트가 정한
온라인신청양식을 작성하여 서비스 이용을 신청한 후, 당 사이트가 이를 승낙함으로써 성립합니다.
② 제1항의 승낙은 당 사이트가 제공하는 과학기술정보검색, 맞춤정보, 서지정보 등 다른 서비스의 이용승낙을
포함합니다.
제 6 조 (회원가입)
서비스를 이용하고자 하는 고객은 당 사이트에서 정한 회원가입양식에 개인정보를 기재하여 가입을 하여야 합니다.
제 7 조 (개인정보의 보호 및 사용)
당 사이트는 관계법령이 정하는 바에 따라 회원 등록정보를 포함한 회원의 개인정보를 보호하기 위해 노력합니다. 회원 개인정보의 보호 및 사용에 대해서는 관련법령 및 당 사이트의 개인정보 보호정책이 적용됩니다.
제 8 조 (이용 신청의 승낙과 제한)
① 당 사이트는 제6조의 규정에 의한 이용신청고객에 대하여 서비스 이용을 승낙합니다.
② 당 사이트는 아래사항에 해당하는 경우에 대해서 승낙하지 아니 합니다.
- 이용계약 신청서의 내용을 허위로 기재한 경우
- 기타 규정한 제반사항을 위반하며 신청하는 경우
제 9 조 (회원 ID 부여 및 변경 등)
① 당 사이트는 이용고객에 대하여 약관에 정하는 바에 따라 자신이 선정한 회원 ID를 부여합니다.
② 회원 ID는 원칙적으로 변경이 불가하며 부득이한 사유로 인하여 변경 하고자 하는 경우에는 해당 ID를
해지하고 재가입해야 합니다.
③ 기타 회원 개인정보 관리 및 변경 등에 관한 사항은 서비스별 안내에 정하는 바에 의합니다.
제 3 장 계약 당사자의 의무
제 10 조 (KISTI의 의무)
① 당 사이트는 이용고객이 희망한 서비스 제공 개시일에 특별한 사정이 없는 한 서비스를 이용할 수 있도록
하여야 합니다.
② 당 사이트는 개인정보 보호를 위해 보안시스템을 구축하며 개인정보 보호정책을 공시하고 준수합니다.
③ 당 사이트는 회원으로부터 제기되는 의견이나 불만이 정당하다고 객관적으로 인정될 경우에는 적절한 절차를
거쳐 즉시 처리하여야 합니다. 다만, 즉시 처리가 곤란한 경우는 회원에게 그 사유와 처리일정을 통보하여야
합니다.
제 11 조 (회원의 의무)
① 이용자는 회원가입 신청 또는 회원정보 변경 시 실명으로 모든 사항을 사실에 근거하여 작성하여야 하며,
허위 또는 타인의 정보를 등록할 경우 일체의 권리를 주장할 수 없습니다.
② 당 사이트가 관계법령 및 개인정보 보호정책에 의거하여 그 책임을 지는 경우를 제외하고 회원에게 부여된
ID의 비밀번호 관리소홀, 부정사용에 의하여 발생하는 모든 결과에 대한 책임은 회원에게 있습니다.
③ 회원은 당 사이트 및 제 3자의 지적 재산권을 침해해서는 안 됩니다.
제 4 장 서비스의 이용
제 12 조 (서비스 이용 시간)
① 서비스 이용은 당 사이트의 업무상 또는 기술상 특별한 지장이 없는 한 연중무휴, 1일 24시간 운영을
원칙으로 합니다. 단, 당 사이트는 시스템 정기점검, 증설 및 교체를 위해 당 사이트가 정한 날이나 시간에
서비스를 일시 중단할 수 있으며, 예정되어 있는 작업으로 인한 서비스 일시중단은 당 사이트 홈페이지를
통해 사전에 공지합니다.
② 당 사이트는 서비스를 특정범위로 분할하여 각 범위별로 이용가능시간을 별도로 지정할 수 있습니다. 다만
이 경우 그 내용을 공지합니다.
제 13 조 (홈페이지 저작권)
① NDSL에서 제공하는 모든 저작물의 저작권은 원저작자에게 있으며, KISTI는 복제/배포/전송권을 확보하고
있습니다.
② NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 상업적 및 기타 영리목적으로 복제/배포/전송할 경우 사전에 KISTI의 허락을
받아야 합니다.
③ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 보도, 비평, 교육, 연구 등을 위하여 정당한 범위 안에서 공정한 관행에
합치되게 인용할 수 있습니다.
④ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 무단 복제, 전송, 배포 기타 저작권법에 위반되는 방법으로 이용할 경우
저작권법 제136조에 따라 5년 이하의 징역 또는 5천만 원 이하의 벌금에 처해질 수 있습니다.
제 14 조 (유료서비스)
① 당 사이트 및 협력기관이 정한 유료서비스(원문복사 등)는 별도로 정해진 바에 따르며, 변경사항은 시행 전에
당 사이트 홈페이지를 통하여 회원에게 공지합니다.
② 유료서비스를 이용하려는 회원은 정해진 요금체계에 따라 요금을 납부해야 합니다.
제 5 장 계약 해지 및 이용 제한
제 15 조 (계약 해지)
회원이 이용계약을 해지하고자 하는 때에는 [가입해지] 메뉴를 이용해 직접 해지해야 합니다.
제 16 조 (서비스 이용제한)
① 당 사이트는 회원이 서비스 이용내용에 있어서 본 약관 제 11조 내용을 위반하거나, 다음 각 호에 해당하는
경우 서비스 이용을 제한할 수 있습니다.
- 2년 이상 서비스를 이용한 적이 없는 경우
- 기타 정상적인 서비스 운영에 방해가 될 경우
② 상기 이용제한 규정에 따라 서비스를 이용하는 회원에게 서비스 이용에 대하여 별도 공지 없이 서비스 이용의
일시정지, 이용계약 해지 할 수 있습니다.
제 17 조 (전자우편주소 수집 금지)
회원은 전자우편주소 추출기 등을 이용하여 전자우편주소를 수집 또는 제3자에게 제공할 수 없습니다.
제 6 장 손해배상 및 기타사항
제 18 조 (손해배상)
당 사이트는 무료로 제공되는 서비스와 관련하여 회원에게 어떠한 손해가 발생하더라도 당 사이트가 고의 또는 과실로 인한 손해발생을 제외하고는 이에 대하여 책임을 부담하지 아니합니다.
제 19 조 (관할 법원)
서비스 이용으로 발생한 분쟁에 대해 소송이 제기되는 경우 민사 소송법상의 관할 법원에 제기합니다.
[부 칙]
1. (시행일) 이 약관은 2016년 9월 5일부터 적용되며, 종전 약관은 본 약관으로 대체되며, 개정된 약관의 적용일 이전 가입자도 개정된 약관의 적용을 받습니다.