An elastic-plastic contact analysis is developed using a semi-analytical method. The elastic contact is solved within a Hertz theorem. The reciprocal theorem with initial strains is then introduced, to express the surface geometry as a function of contact stress and plastic strains. The irreversible nature of plasticity leads to an incremental formulation of the elastic-plastic contact problem, and an algorithm to solve this problem is set up. Closed form expression, which give residual stresses and surface displacements from plastic strains, are obtained by integration of the reciprocal theorem. The distribution of contact stress, residual stress and plastic strain are obtained by the changed surface geometry.
In the present study an elastic-plastic strain analysis is carried out for fibrous composites by using numerical modeling. Application of homogeneous transversely-isotropic model was chosen based on problem solution of a square plate with a circular hole under uniaxial tension. The results obtained in this study correspond to the solution of fiber model trial problem, as well as to analytical solution. Further, numerical algorithm and software has been developed, based on simplified theory of small elastic strains for transversely-isotropic bodies, and FEM. The influence of holes and cracks on stress state of complicated configuration transversely-isotropic bodies has been studied. Strain curves and plasticity zones that are formed in vicinity of the concentrators has been provided. Numerical values of effective mechanical parameters calculated for unidirectional composites at different ratios of fiber volume content and matrix. Content volume proportions of fibers and matrix defined for fibrous composite material that enables to behave as elastic-plastic body or as a brittle material. The influences of the fibrous structure on stress concentration in vicinity of holes on boron/aluminum D16, used as an example.
Zarandi, Somayeh Bagherinejad;Wang, Yun-Che;Novozhilova, Olga V.
Structural Engineering and Mechanics
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v.58
no.4
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pp.731-743
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2016
Plastic behaviors, based on the von Mises yield criterion, of circular discs containing a purely elastic, circular inclusion under uniform temperature loading are studied with the finite element analysis. Temperature-dependent mechanical properties are considered for the matrix material only. In addition to analyzing the plane stress and plane strain disc, a 3D thin disc and cylinder are also analyzed to compare the plane problems. We determined the elastic irreversible temperature and global plastic collapse temperature by the finite element calculations for the plane and 3D problem. In addition to the global plastic collapse, for the elastically hard case, the plane stress problem and 3D thin disc may exhibit a local plastic collapse, i.e. significant pile up along the thickness direction, near the inclusion-matrix interface. The pileup cannot be correctly modeled by the plane stress analysis. Furthermore, due to numerical difficulties originated from large deformation, only the lower bound of global plastic collapse temperature of the plane stress problem can be identified. Without considerations of temperature-dependent mechanical properties, the von Mises stress in the matrix would be largely overestimated.
The problem related to the computation of bounds on plastic deformations for structures in plastic shakedown condition (alternating plasticity) is studied. In particular, reference is made to structures discretized by finite elements constituted by elastic perfectly plastic material and subjected to a special combination of fixed and cyclic loads. The load history is known during the steady-state phase, but it is unknown during the previous transient phase; so, as a consequence, it is not possible to know the complete elastic plastic structural response. The interest is therefore focused on the computation of bounds on suitable measures of the plastic strain which characterizes just the first transient phase of the structural response, whatever the real load history is applied. A suitable structural model is introduced, useful to describe the elastic plastic behaviour of the structure in the relevant shakedown conditions. A special bounding theorem based on a perturbation method is proposed and proved. Such theorem allows us to compute bounds on any chosen measure of the relevant plastic deformation occurring at the end of the transient phase for the structure in plastic shakedown; it represents a generalization of analogous bounding theorems related to the elastic shakedown. Some numerical applications devoted to a plane steel structure are effected and discussed.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.18
no.4
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pp.129-134
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2001
It is essential to predict the welding deformation at assembly stage, to increase productivity through mechanization and automation effectively. A practical analysis method appled for production engineering was proposed to simulate the deformation of arc welding, with an analytical model using finite element method solving thermal-elastic-plastic behavior. In this research, for accurate assembling, 3-D thermal-elastic-plastic finite element model is used to simulate the out-of-plane deformation caused by arc welding. Efforts have been made to find out the efficient method to improve the reliability and accuracy of the numerical calculation. Each of theories of small and large deformation is applied in solving 3-D thermal-elastic-plastic problem to compare with their efficiency about calculation imes and solution accuracy. When solid elements are used in a bending problem of a plate, phenomenon that the predictive deformation is more than that of actual survey is observed. To prevent this phenomenon, reduced integration method for element is employed instead of full integration that is generally used in 3-D thermal-elastic-plastic analysis.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.35
no.1
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pp.61-71
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1998
This paper describes a dynamic fracture behaviors of structural elements under elastic or elasto-plastic stress waves in two dimensional space. The governing equation of this problem has the type of hyperbolic partial differential equation, which consists of the equation of motions and incremental elasto-plastic constitutive equations. To solve this problem we introduce Zwas' method which is based on the finite difference method. Additionally, in order to deal with the dynamic behavior of elasto-plastic problems, an elasto-plastic loading path in the stress space is proposed to model the plastic yield phenomenon. Based on the result of this computation, the dynamic stress intensity factor at the crack tip of an elastic material is calculated, and the time history of a plastic zone of a elasto-plastic material is to be shown.
Nadia Alavi;Mohammad Zamani Nejad;Amin Hadi;Anahita Nikeghbalyan
Steel and Composite Structures
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v.51
no.4
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pp.377-389
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2024
In the present study, thermoelsatoplastic stresses and displacement for rotating hollow disks made of functionally graded materials (FGMs) has been investigated. The linear elastic-fully plastic condition is considered. The material properties except Poisson's ratio are assumed to vary in the radial direction as a power-law function. The heat conduction equation for the one-dimensional problem in cylindrical coordinates is used to obtain temperature distribution in the disk. The plastic model is based on the Tresca yield criterion and its associated flow rules under the assumption of perfectly plastic material behavior. Exact solutions of field equations for elastic and plastic deformations are obtained. It is shown that the elastoplastic response of the functionally graded (FG) disk is affected notably by the radial variation of material properties. It is also shown that, depending on material properties and disk dimensions, different modes of plastic deformation may occur.
In the present work the elastic-plastic FE formulations using dynamic explicit time integration schemes are used for numerical analysis of a large auto-body panel stamping processes. For analyses of more complex cases with larger and more refined meshes, the explicit method is more time effective than implicit method, and has no convergency problem and has the robust nature of contact and friction algorithms while implicit method is widely used because of excellent accuracy and reliability. The elastic-plastic scheme is more reliable and rigorous while the rigid-plastic scheme require small computation time. In finite element simulation of auto-body panel stamping processes, the roobustness and stability of computation are important requirements since the computation time and convergency become major points of consideration besides the solution accuracy due to the complexity of geometry conditions. The performnce of the dynamic explicit algorithms are investigated by comparing the simulation results of formaing of complicate shaped autobody parts, such as a fuel tank and a rear hinge, with the experimental results. It has been shown that the proposed dynamic explicit elastic-plastic finite element method enables an effective computation for complicated auto-body panel stamping processes.
An elastic-plastic solution for cavity expansion problem considering strength degradation, undrained condition and initial anisotropic in-situ stress is established based on the Tresca yield criterion and cavity expansion theory. Assumptions of large-strain for plastic region and small-strain for elastic region are adopted, respectively. The initial in-situ stress state of natural soil mass may be anisotropic caused by consolidation history, and the strength degradation of soil mass is caused by structural damage of soil mass in the process of loading analysis (cavity expansion process). Finally, the published solutions are conducted to verify the suitability of this elastic-plastic solution, and the parametric studies are investigated in order to the significance of this study for in-situ soil test.
The low boundary of load carrying capacity of the elastic-plastic spatial grid structures depend on numerous values and their variability assumed in designing process. Analysed influence all this values in searching for optimal variant of the structure lead to too great problem even taking into consideration actual computational power we have in disposal. Therefore one can take only a few values which have greatest influence on the optimal choice. In optimal analysis of the elastic-plastic spatial grid structures the previously proposed method with subsequent modification (Karczewski 1980), (Karczewski, Barszcz and Donten 1996), (Karczewski and Donten 2001) as well as computer program which was worked out by Donten K. to make possible practical utilisation this method was employed. The paper deal with evaluation of influence dimensions of particular values for choice of optimal variant of the structure. One among this values is distribution of the struts in the structure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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