This paper presents a mechanistic approach to uniaxial viscoelastic constitutive modeling of asphalt concrete that accounts for damage evolution under cyclic loading conditions. An elasticviscoelastic correspondence principle in terms of pseudo variables is applied to separately evaluate viscoelasticity and time-dependent damage growth in asphalt concrete. The time-dependent damage growth in asphalt concrete is modeled by using a damage parameter based on a generalization of microcrack growth law. Internal state variables that describe the hysteretic behavior of asphalt concrete are determined. A constitutive equation in terms of stress and pseudo strain is first established for controlled-strain mode and then transformed to a controlled-stress constitutive equation by simply replacing physical stress and pseudo strain with pseudo stress and physical strain. Tensile uniaxial fatigue tests are performed under the controlled-strain mode to determine model parameters. The constitutive equations in terms of pseudo strain and pseudo stress satisfactorily predict the constitutive behavior of asphalt concrete all the way up to failure under controlled-strain and -stress modes, respectively.
본 논문에서는 반복하중에 의해 손상을 입은 아스팔트 콘크리트의 점탄성 구성모델에 대한 역학적 접근방법을 제시하였다. 모의변수로 나타낸 탄성-점탄성 일치원리는 아스팔트 콘크리트의 점탄성과 시간의존 손상의 증가를 별도로 평가하도록 적용되었다. 선형-점탄성 파괴역학에 사용되고 있는 미소균열의 증가법칙이 물체내 손상증가를 나타내는데 성공적으로 사용되었다. 응력과 모의변형도로 나타나는 구성방정식은 먼저 변형도조절에 대해 세워졌으며, 응력과 모의변형도를 모의응력과 변형도로 간단하게 대체함으로써 응력조절 구성방정식으로 변형되었다. 모의응력으로 나타낸 변형된 구성방정식은 응력조절모드에서 파괴에 이르는 아스팔트 콘크리트의 모든 역학적 거동을 충분히 예측하고 있다.
Hosseini-Toudeshky, Hossein;Goodarzi, M. Saeed;Mohammadi, Bijan
Structural Engineering and Mechanics
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제48권1호
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pp.41-56
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2013
Initiation and growth of delamination is a great concern of designers of composite structures. Interface elements with de-cohesive constitutive law in the content of continuum damage mechanics can be used to predict initiation and growth of delamination in single and mixed mode conditions. In this paper, an interface element based on the cohesive zone method has been developed to simulate delaminatoin growth of post-buckled laminate under fatigue loading. The model was programmed as the user element and user material by the "User Programmable Features" in ANSYS finite element software. The interface element is a three-dimensional 20 node brick with small thickness. Because of mixed-mode condition of stress field at the delamination-front of post-buckled laminates, a mixed-mode bilinear constitutive law has been used as user material in this model. The constitutive law of interface element has been verified by modelling of a single element. A composite laminate with initial delamination under quasi-static compressive Loading available from literature has been remodeled with the present approach. Moreover, it will be shown that, the closer the delamination to the free surface of laminate, the slower the delamination growth under compressive fatigue loading. The effects of laminate configuration on delamination growth are also investigated.
In this paper we present methodology for parameters identification of constitutive model which is able to present behavior of a connection between two members in a structure. Such a constitutive model for frame connections can be cast in the most general form of the Timoshenko beam, which can present three failure modes. The first failure mode pertains to the bending in connection, which is defined as coupled plasticity-damage model with nonlinear softening. The second failure mode is seeking to capture the shearing of connection, which is defined as plasticity with linear hardening and nonlinear softening. The third failure mode pertains to the diffuse failure in the members; excluding it leads to linear elastic constitutive law. Theoretical formulation of this Timoshenko beam model and its finite element implementation are presented in the second section. The parameter identification procedure that will allow us to define eighteen unknown parameters is given in Section 3. The proposed methodology splits identification in three phases, with all details presented in Section 4 through three different examples. We also present the real experimental results. The conclusions are stated in the last section of the paper.
We report the first steps of a collaborative project between the University of Queensland, Polyflow, Michelin, SK Chemicals, and RMIT University, on simulation, validation and application of a recently introduced constitutive model designed to describe branched polymers. Whereas much progress has been made on predicting the complex flow behaviour of many - in particular linear - polymers, it sometimes appears difficult to predict simultaneously shear thinning and extensional strain hardening behaviour using traditional constitutive models. Recently a new viscoelastic model based on molecular topology, was proposed by McLeish and carson (1998). We explore the predictive power of a differential multi-mode version of the porn-pom model for the flow behaviour of two commercial polymer melts: a (long-chain branched) low-density polyethylene (LDPE) and a (linear) high-density polyethylene (HDPE). The model responses are compared to elongational recovery experiments published by Langouche and Debbaut (19c99), and start-up of simple shear flow, stress relaxation after simple and reverse step strain experiments carried out in our laboratory.
A fictitious crack model was used to analyze fatigue crack growth under the influence of residual stress. In the fictitious crack model, crack is represented in terms of the separation of two adjacent interfaces and the constitutive equation between the separation and traction is assumed. The effect of fatigue loading was included in the constitutive equation by considering damage accumulation in the cohesive zone. To investigate the effect of the residual stress on the fatigue crack growth, we calculated the residual stress distribution due to transient heat flux to the specimen by finite element method. Fatigue crack growth was simulated by the fictitious crack model with repeated loading. The mode-I crack growth rates were compared for the cases with and without the compressive residual stress around the crack tip. It was observed that the mode-I crack growth can be suppressed by compressive residual stress.
As shear localization is observed in different deformation modes, an attempt is made to understand the conditions for shear localization in general deformation modes. Most emphasis in put upon the effects of pre-localization deformation mode on the onset of shear localization and all the other well-recognized effects of subtle constitutive features and imperfection sensitivity studied elsewhere are not investigated here. Rather, an approximate perturbation stability analysis is performed for simplified isotropic rigid-plastic solids subjected to general mode of homogeneous deformation. Shear localization is possible in any deformation mode if the material has strain softening. The incipient rate of shear localization and shear plane orientations are strongly dependent upon the pre-localization deformation mode. Significant strain softening is necessary for shear localization in homogeneous axisymmetric deformation modes while infinitesimal strain softening is necessary for shear localization in plane strain deformation mode. In any deformation mode, there are more than one shear plane orientation. Except for homogeneous axisymmetric deformation modes, there are two possible shear plane orientations with respect to the principal directions of stretching. Some well-known examples are discussed in the light of the current analysis.
In this study, mixed-mode fracture behavior is simulated effectively through the numerical method using the axial defomation link elements which can predict the behavior of quasi-brittle material. The behavior of quasi-brittle material is modeled numerically using the exponential tension softening constitutive equation and verified by comparing with the result of published experimental result. In order to verify the mixed-mode fracture behavior through the developed numerical method, analysis of mode I is formulated and the result is compared with those of FEM first, and then mixed-mode analysis is analyzed and compared with existing theories and experimental data. Also the characteristics of fracture behavior is examined through the analysis of crack generation with respect to various mode mixity.
본 논문에서는 사질토의 취성적 응력-변형률 관계와 전단시 체적팽창을 고려할 수 있는 구성모델에 대한 연구를 수행하였다. 제안된 모델은 일반등방경화규칙에 의거한 비등방 경화규칙을 적용하였으며, 항복면의 형태는 응력공간에서 원통형으로 나타나는 단순한 형태로 실용적으로 적용하기 편리하도록 하였다. 또한 유동규칙을 단순화하여 구체적인 팽창률 함수를 이용하여 정의하였다. 또한 가상적인 첨두응력비를 정의하여 취성적 응력-변형률 관계를 모델링하는 것이 가능하였다. 이러한 구성모델은 수학적 정식화를 한 후 실험자료와 비교하도록 프로그램을 구현하였다. 동반논문에서는 삼축실험결과와 비교하여 검증할 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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