A thermal distortion analysis which takes strains directly as boundary conditions removed barrier of analysis time for the evaluation of welding distortion in a large shell structure like ship block. If the FE analysis time is dramatically reduced, the structure modeling time or the input-value calculating time will become a new issue. On the contrary to this, if the calculation time of analysis input-value is dramatically reduced and its results also are more meaningful, a little longer analysis time could be affirmative. In this study, instead of using inherent strain based on elastic analysis, a thermal strain based on elasto-plastic analysis is used as the boundary condition of weldments in order to evaluate the welding distortion. Here, the thermal strain at the weldment was established by using a stress-strain curve established from the test results. It is possible to automatically recognize the modeling induced-stiffness in the shrinkage direction of welded or heated region. The validity of elasto-plastic thermal distortion analysis was verified through the experiment results with various welding sequence.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.10
no.3
s.49
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pp.77-84
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2006
Unlike homogeneous material structure, the behavior of masonry structure is not perfectly elastic even in the range of small deformations because it is a non-homogeneous and anisotropic composite structural material, consisting of masonry units, mortar, and grout. This paper proposes a simplified way of investigating the evolution of the deformation and damage of the structure subjected to a series of successive ground motions with varying shaking. Especially, the most simple but useful algorithm of Fast Fourier Transformation (FFT) has been adopted to investigate the evolution of the deformation and damage of the structure tested on the shaking table. Moreover, the development of a hi-linear curve for an equivalent SDOF system which is obtained by exploiting the frequency and stiffness relationship was discussed. Finally, some important findings related to inelastic properties of the URM are summarized.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.18
no.4
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pp.34-40
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2019
We performed shape optimization of an anti-vibration rubber assembly which is used in the field option cabin of agricultural tractors to improve the vibration isolation capability. To characterize the hyper-elastic material property of rubber, we performed uniaxial and biaxial tension tests and used the data to calibrate the material model applied in the finite element analyses. We conducted a field test to characterize the input excitation from the tractor and the output response at the cabin frame. To account for the nonlinear behavior of rubber, we performed static analyses to derive the load-displacement curve of the anti-vibration rubber assembly. The stiffness of the rubber assembly could be calculated from this curve and was input to the harmonic analyses of the cabin. We compared the results with the test data for verification. We utilized Taguchi's parameter design method to determine the optimal shape of the anti-vibration rubber assembly and found two distinct shapes with reduced stiffness. Results show that the vibration at the cabin frame was reduced by approximately 35% or 47.6% compared with the initial design using the two optimized models.
Zhang, Xiaochen;Shen, Chao;Zhang, Xuesen;Wu, Xiangguo;Faqiang, Qiu;Mitobaba, Josue G.
Advances in Computational Design
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v.7
no.4
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pp.281-295
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2022
Tensile property is one of the excellent properties of ultra-high performance concrete (UHPC), and uniaxial tensile test is an important and challenging mechanical performance test of UHPC. Traditional uniaxial tensile tests of concrete materials have inherent defects such as initial eccentricity, which often lead to cracks and failure in non-test zone, and affect the testing accuracy of tensile properties of materials. In this paper, an original integrated design scheme of mould and end fixture is proposed, which achieves seamless matching between the tension end of specimen and the test fixture, and minimizes the cumulative eccentricity caused by the difference in the matching between the tension end of specimen and the local stress concentration at the end. The stress analysis and optimization design are carried out by finite element method. The curve transition in the end of specimen is preferred compared to straight line transition. The rationality of the new integrated design is verified by uniaxial tensile test of strain hardening UHPC, in which the whole stress-strain curve was measured, including the elastic behavior before cracking,strain hardening behavior after cracking and strain softening behavior.
Properties of AFS vary with the changes in the face-sheet materials. Hence, the performance of AFS can be optimized by selecting face-sheet materials. In this work, three types of face-sheet materials representing elastic-perfectly plastic, elastic-plastic strain hardening and purely elastic materials were employed to study their effects on the flexural behavior and failure mechanism of AFS systematically. Result showed face-sheet materials affected the failure mechanism and energy absorption ability of AFS significantly. When the foam cores were sandwiched by aluminum alloy 6061, the AFS failed by face-sheet yielding and crack without collapse of the foam core, there was no clear plastic platform in the Load-Displacement curve. When the foam cores were sandwiched by stainless steel 304 and carbon fiber fabric, there were no face-sheet crack and the sandwich structure failed by core shear and collapse, plastic platform appeared. Energy absorption abilities of steel and carbon fiber reinforced AFS were much higher than aluminum alloy reinforced one. Carbon fiber was suggested as the best choice for AFS for its light weight and high performance. The versus strength ratio of face sheet to core was suggested to be a significant value for AFS structure design which may determine the failure mechanism of a certain AFS structure.
Elastic-plastic methods have been used for the better prediction of the actual behavior of continuous-composite plate girder bridges in the overload and maximum load analysis. The structural evaluation using ALFD(Alternate Load Factor Design) uses the elastic-plastic analysis. The plastic rotations that remain after the load is removed can be occurred by the yielding locations of the maximum moment section. This situation can occur due to the residual stresses even if the moment is below the theoretical yield moment. The local yielding causes positive automoments that assure elastic behavior under subsequent overloads. In this study, the automoments at the piers occurred due to the unit plastic rotations and other locations were calculated by the conjugate-beam method and three-moment equation, using the nine design span with progressively smaller pier sections. The automoments were determined by the developed computer programs in this study in which the moments and plastic rotations from the continuity and moment-inelastic rotation relationships must be equal. And also the ratings of 3-span continuous composite plate girder bridges with non-compact section were carried out according to the Korean Highway Bridge Specification.
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.12
no.1
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pp.62-69
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2016
Current guidance considers that uniaxially loaded specimen with a deep crack is used for the determination of the ductile-to-brittle transition temperature. However, reactor pressure vessel is under biaxial loading in real and the existence of deep crack is not probable through periodic in-service-inspection. The elastic stress intensity factor and the elastic-plastic J-integral which were used for crack-tip stress field and fracture mechanics assessment parameters. The difference of the loading condition and crack geometry can significantly influence on these parameters. Thus, a constraint effect caused by differences between standard specimens and a real structure can over/underestimate the fracture toughness, and it affects the results of the structural integrity assessment, consequentially. The present paper investigates the constraint effects by evaluating the master curve $T_0$ reference temperature of PCVN (Pre-cracked Charpy V-Notch) and small scale cruciform specimens which was designed to simulate biaxial loading condition with shallow crack through the fracture toughness tests and 3-dimensional elastic-plastic finite element analyses. Based on the finite element analysis results, the fracture toughness values of a small scale cruciform specimen were estimated, and the geometry-dependent factors of the cruciform specimen considered in the present study were determined. Finally, the transferability of the test results of these specimens was discussed.
Fenollosa, Ernesto;Gil, Enrique;Cabrera, Ivan;Vercher, Jose
Steel and Composite Structures
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v.19
no.4
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pp.861-876
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2015
Composite sections design consists on checking that the point defined by axial load and bending moment keeps included within the surface enclosed by the section interaction curve. Eurocode 4 suggests a method for tracing this diagram based on the plastic stress distribution method. However curves obtained according to this criterion overvalue concrete encased sections bearing capacity, especially when axial force comes with high bending moment values, so a correction factor is required. This article proposes a method for tracing this diagram based on the strain compatibility method. When stresses on the section are integrated by considering the Navier hypothesis, the use of the materials nonlinear constitutive equations provides curves much more adjusted to reality. This process requires the use of rather complex software which might reveal as too complex for practitioners. Preserving the same criteria of an elastic-plastic stress distribution, this article presents alternative expressions to obtain the failure internal forces in five significant points of the interaction diagram having considered five different positions of the neutral axis. These expressions are simply enough for their practical application. Concordance of curves traced strictly relying on these five points with those obtained by computer assisted stress integration considering the strain compatibility method and even with Eurocode 4 weighted curves will be presented for three different cross-sections and two different concrete strengths, revealing very good results.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.4
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pp.621-629
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1992
This study is concerned with an application of the Boundary Element Method to 2-dimensional elastoplastic stress analysis on the material nonlinearities. The boundary integral formulation adopted an initial stress equation in the inelastic term. In order to determine the initial stress increment, the increment of initial elastic strain energy due to elastic increment in stressstrain curve was used as the convergence criterion during iterative process. For the validity of this procedure, the results of B.E.M. with constant elements and NISA with linear elements where compared on the thin plate with 2 edge v-notches under static tension and the thick cylinder under internal pressure. And this paper compared the results of using unmedical integral with the results of using semi-analytical integral on the plastic domain integral.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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