Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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제17권2호
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pp.285-299
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1993
The objective of the present study is to analyze material flow in the metal forming processes by using computer simulation and experiment with model material, plasticine. A UBET program is developed to analyze the bulk flow behaviour of various metal forming problems. The elemental strain-hardening effect is considered in an incremental manner and the element system is automatically regenerated at every deforming step in the program. The material flow behavior in closed-die forging process with rib-web type cavity are analyzed by UBET and elastic-plastic finite element method, and verified by experiments with plasticine. There were good agreements between simulation and experiment. The effect of corner rounding on material flow behavior is investigated in the analysis of backward extrusion with square die. Flat punch indentation process is simulated by UBET, and the results are compared with that of elastic-plastic finite element method.
In metal forming, there are problems with recurrent geometric characteristics without explicitly prescibed boundary conditions. In such problems, so-called recurrent boundary conditions must be introduced. In this paper, as a practical application of the proposed method, the precision cold forging of a helical gear has been simulated by a three-dimensional rigid-plastic finite element method and compared with the experiment. The application of recurrent boundary conditions to helical gear forging analysis is proved to be effective and valid. the elastic stress analysis of the die for helical gear forging has been calculated by using the nodal force at the final stage obtained from the rigid-plastic finite element analysis. In order to obtain more precise gear products, the elastic analysis of the die after release of punch and the elastic spring-back analysis of product after ejection have been performed, and the final dimension of the computational product has been in good agreement with that of the experimental product.
This paper presents a comparative study of finite element method (FEM) and analytical method for the plane problem of a layered composite containing an internal perpendicular crack in literature. The layered composite consists of two elastic layers having different elastic constants and heights. External load is applied to the upper elastic layer by means o a rigid punch and the lower elastic layer rests on two simple supports. Numerical simulations are realized by the world wide code ANYS software. Two dimensional analysis of the problem is carried out and the results are verified by comparison with solutions reported in literature. Main goal of the numerical simulation is to investigate the normal stress ${\sigma}_x$(0, y), stress intensity factors at the crack factor and the crack opening displacements.
The contact problem for an elastic layer resting on an elastic half plane is considered according to the theory of elasticity with integral transformation technique. External loads P and Q are transmitted to the layer by means of two dissimilar rigid flat punches. Widths of punches are different and the thickness of the layer is h. All surfaces are frictionless and it is assumed that the layer is subjected to uniform vertical body force due to effect of gravity. The contact along the interface between elastic layer and half plane will be continuous, if the value of load factor, ${\lambda}$, is less than a critical value, ${\lambda}_{cr}$. However, if tensile tractions are not allowed on the interface, for ${\lambda}$ > ${\lambda}_{cr}$ the layer separates from the interface along a certain finite region. First the continuous contact problem is reduced to singular integral equations and solved numerically using appropriate Gauss-Chebyshev integration formulas. Initial separation loads, ${\lambda}_{cr}$, initial separation points, $x_{cr}$, are determined. Also the required distance between the punches to avoid any separation between the punches and the layer is studied and the limit distance between punches that ends interaction of punches, is investigated. Then discontinuous contact problem is formulated in terms of singular integral equations. The numerical results for initial and end points of the separation region, displacements of the region and the contact stress distribution along the interface between elastic layer and half plane is determined for various dimensionless quantities.
This paper presents a comparative study of analytical method and finite element method (FEM) for analysis of a continuous contact problem. The problem consists of two elastic layers loaded by means of a rigid circular punch and resting on semi-infinite plane. It is assumed that all surfaces are frictionless and only compressive normal tractions can be transmitted through the contact areas. Firstly, analytical solution of the problem is obtained by using theory of elasticity and integral transform techniques. Then, finite element model of the problem is constituted using ANSYS software and the two dimensional analysis of the problem is carried out. The contact stresses under rigid circular punch, the contact areas, normal stresses along the axis of symmetry are obtained for both solutions. The results show that contact stresses and the normal stresses obtained from finite element method (FEM) provide boundary conditions of the problem as well as analytical results. Also, the contact areas obtained from finite element method are very close to results obtained from analytical method; disagree by 0.03-1.61%. Finally, it can be said that there is a good agreement between two methods.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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한국소성가공학회 2009년도 추계학술대회 논문집
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pp.281-284
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2009
Flexible forming process for sheet metal using reconfigurable die is introduced based on numerical simulation. Numerical simulation of sheet metal forming process is carried out by using flexible dies model instead of conventional matched die set. Elastic cushion which has high resilience behavior from excessive deformation are inserted between forming punches and blank material for smoothing the forming surface which has discrete due to characteristics of the flexile die. As an elastic cushion, urethane pads are utilized using hyperelastic material model in the simulation. Formability in view of surface defect such as onset of dimple is compared with regard to various punch sizes. Consequently, it is confirmed that the flexible forming process for sheet material has appropriate capability and feasibility for manufacturing of smoothly curved surface instead of conventional die forming process.
Although many scientists have used pectin, its feasibility in terms of tablet manufacturability with a high speed machine has never been evaluated. Therefore, compactibility of different pectin types for large scale tableting operation has been evaluated. The compactibility behavior of powder pectins was studied by a compaction simulator. It was found that pectin on its own does not produce tablets of acceptable quality even at a punch velocity as low as 20 rpm (e.g. low tensile strengths, capping and lamination irrespective of applied compression force). Thus, dwell time was introduced and more hard compact was produced as relaxation time in die increases. It was concluded that frequent structural failure observed in both pectin types was due to lack of plastic deformation, poor compactibility and high elastic recovery.
In this study a relationship between SP curves and tensile properties was investigated by FE analysis on SP test with various assumed tensile properties. For the accuracy of FE analysis, SP test and tensile test were performed and those results were compared with FE analysis results. The yield load(Py) defined from the intersection point of two lines tangent to the elastic bending region and plastic bending region. And it was related specifically with yield stress(${\sigma}_0$) in FE analysis result curves. The slopes of FE analysis result curves normalized by yield stress(${\sigma}_0$) reflected the change of tensile properties regardless of yield stress(${\sigma}_0$) variation. Empirical relations were derived from these results. Tensile properties from these relations showed good agreement in FE analysis curve and tested curve.
This study presents a frictionless receding contact problem for an orthotropic elastic layer. It is assumed that the layer is supported by two rigid quarter planes and the material of the layer is orthotropic. The layer of thickness h is indented by a rigid cylindrical punch of radius R. The problem is modeled by using the singular integral equation method with the help of the Fourier transform technique. Applying the boundary conditions of the problem the system of singular integral equations is obtained. In this system, the unknowns are the contact stresses and contact widths under the punch and between the layer and rigid quarter planes. The Gauss-Chebyshev integration method is applied to the obtained system of singular integral equations of Cauchy type. Five different orthotropic materials are considered during the analysis. Numerical results are presented to interpret the effect of the material property and the other parameters on the contact stress and the contact width.
In this study, a two dimensional model of receding contact problem has been analyzed using finite element method (FEM) based software ANSYS and ABAQUS. For this aim finite element modeling of elastic layer and two homogeneous, isotropic and symmetrical elastic quarter planes pressed by means of a rigid circular punch has been presented. Mass forces and friction are neglected in the solution. Since the problem is examined for the plane state, the thickness along the z-axis direction is taken as a unit. In order to check the accuracy of the present models, the obtained results are compared with the available results of the open literature as well as the results of two software are compared using Root Mean Square Error (RMSE) and good agreements are found. Numerical analyses are performed considering different values of the external load, rigid circular radius, quarter planes span length and material properties. The contact lengths and contact stresses of these values are examined, and their results are presented. Consequently, it is concluded that the considered non-dimensional quantities have noteworthy influence on the contact lengths and contact stress distributions, additionally if FEM analysis is used correctly, it can be an efficient alternative method to the analytical solutions that need time.
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