Due to extremely large reduction of area or extrusion ratio in ordinary production of extruded profiles, anisotropy is naturally induced by large severe deformation during the extrusion process. Therefore, the anisotropic properties play a great role in the post processing of extruded profiles, such as in bending. Moreover, undesirable deformation will be involved when the deformation-induced anisotropy is ignored. In order to observe the deformation-induced anisotropy of the thin-walled product, the proposed algorithm is applied to some chosen industrial extrusion processes. In the present work, the method for prediction of deformation-induced anisotropy employing the Barlats six-component yield potential to the rigid-plastic finite element method is proposed. The proposed algorithm is verified with the comparison to the crystallographic texture analysis, and then applied to the C-section extrusion process using a square die. The predicted anisotropy is then compared with the experimental and computational observations for validating the proposed algorithm.
A virtual work form of flexible multibody dynamic formulation with rotary inertia has been derived. For the analysis of large flexible multibody systems, deformation modal coordinates have been employed to represent coupled motion between gross and vibrational motion. For the efficient evaluation of the entries in the mass matrix, a flexible body has been treated as a collection of mass points. The rotary inertia was generated from the consistent mass matrix in a finite element model. Deformation mode shapes were obtained from finite element analysis. Bending and twisting vibration analyses of a cantilever have been carried out to see rotary inertia effects. A space flexible robot simulation has been also carried out to show effectiveness of the proposed formulation. This formulation is effective to the model that consists of beam, plate, or shell element that contains rotational degree of freedom at the nodal point. It is also effective to the flexible body model to which a large lumped rotary inertia is attached.
A three-dimensional finite element model has been developed to simulate the MIG P/S welding process of two aluminum plates. The finite element calculations are performed using ANSYS finite element code, which takes into account the thermal and mechanical non-linear material properties. The results of finite element analysis compared with those of experiment to show its validity in view of distortions. Parametric studies are carried out on the validated model to assess the effects of various factors on the final residual distortion. Large deformations, temperature dependent material properties are included in the model. Finally, the formulas of fitting curves of angular distortion transverse shrinkage, and longitudinal shrinkage have been proposed.
The analysis of thermoplastic automotive bumpers needs not only characterizations of the thermomechanical properties of thermoplastic materials but also the finite element method which can solve the problems with a large deflection, an elastic-inelastic deformation, and a change of a contact state. This paper describes the modeling techniques in the finite element analysis in order to get a good prediction of thermoplastic bumper behaviors. Simplification effects of a complex geometry of thermoplastic bumpers are studied by comparing the results from static loading tests and the finite element analysis.
This paper develops a finite element model for studying the occupant behavior and injury cofficients of a large-sized cab-over type truck. Since it does not have a room to absorb collision energy and deformation in front of the passenger compartment the deformation is directly transmitted to the passenger compartment. Moreover, since its steering column is attached on the frame, severe deformation of the frame directly affects on the steering wheel's movement. Therefore, if the occupant behavior and injury coefficients analysis is performed using a finite element model developed based on a sled test, it is very difficult to expect acquiring satisfactory results. Thus, the finite element model developing in this paper is based on the frontal crash test in order to overcome the inherent problems of the sled test based model commonly used in the passenger car. The occupant behavior and injury coefficients analysis is performed using PAM-CRASH installed in super-computer SP2. In order to validate the reliability of the developed finite element model, a frontal crash test is carried out according to a test method used fur developing truck occupant's secondary safety system in european community and japan. That is, test vehicle's collision direction is vertical to the rigid barrier and collision velocity is 45kph. Thus, measured vehicle pulses at the lower parts of the left and right B-pilla., dummy chest and head deceleration profiles, HIC(head injury criterial) and CA(chest acceleration) values, and dummy behavior from the frontal crash test are compared to the analysis results to validate reliability of the developed model.
Esfandiar, Habib;Korayem, Moharam H.;Haghpanahi, Mohammad
Structural Engineering and Mechanics
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제62권5호
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pp.619-629
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2017
This paper focuses on the study of complete dynamic modeling and maximum dynamic load carrying capacity computation of N-flexible links and N-flexible joints mobile manipulator undergoing large deformation. Nonlinear dynamic analysis relies on the Timoshenko theory of beams. In order to model the system completely and precisely, structural and joint flexibility, nonlinear strain-displacement relationship, payload, and non-holonomic constraints will be considered to. A finite element solution method based on mixed method is applied to model the shear deformation. This procedure is considerably more involved than displacement based element and shear deformation can be readily included without inducing the shear locking in the element. Another goal of this paper is to present a computational procedure for determination of the maximum dynamic load of geometrically nonlinear manipulators with structural and joint flexibility. An effective measure named as Moment-Height Stability (MHS) measure is applied to consider the dynamic stability of a wheeled mobile manipulator. Simulations are performed for mobile base manipulator with two flexible links and joints. The results represent that dynamic stability constraint is sensitive when calculating the maximum carrying load. Furthermore, by changing the trajectory of end effector, allowable load also changes. The effect of torsional spring parameter on the joint deformation is investigated in a parametric sensitivity study. The findings show that, by the increase of torsional stiffness, the behavior of system approaches to a system with rigid joints and allowable load of robot is also enhanced. A comparison is also made between the results obtained from small and large deformation models. Fluctuation range in obtained figures for angular displacement of links and end effector path is bigger for large deformation model. Experimental results are also provided to validate the theoretical model and these have good agreement with the simulated results.
The finite element method(FEM) presents some limitations when the mesh becomes highly distorted. For analysis of metal forming processes with large deformation, the conventional finite element method usually requires several remeshing operations due to severe mesh distortion. The new computational method developed in the recent years, usually designated by meshfree method, offers an attractive approach to avoid those time-consuming remeshing efforts. This new method uses a set of points to represent the problem domain with no need of an additional mesh. Also this new generation of computational method provides a higher rate of convergence than that of the conventional finite element methods. One of the promising applications of meshfree methods is the adaptive refinement for problems having multi-scale nature. In this study, an adaptive node generation procedure is proposed and also to illustrate the efficiency of proposed method, several numerical examples are presented.
A finite element analysis is performed for lateral buckling problems on the basis of a geometrically nonlinear formulation for a beam with small elastic strain but with possibly large rotations. The total Lagrangian formulation for a general large deformation, which involves finite rotations, is chosen and the exponential map is used to treat finite rotations from the Eulerian point of view. For lateral buckling, the point of vanishing determinant of the resulting unsymmetric tangent stiffness is traced to examine its relationship to bifurcation points. It is found that the points of vanishing determinant is not corresponding to bifurcation points for large deformations in general, which suggests that the present unsymmetric tangent stiffness is not an exact first derivative of internal forces with respect to displacement. This is illustrated through several numerical examples and followed by appropriate discussion.
In finite element analysis of mechanical behavior of weld, typical process is first to obtain a finite element model containing residual stress by conducting welding analysis and then to examine the computational specimen for various external loading. The numerical specimen with residual stress has irregular boundary lines since one usually begins the welding analysis from a body having regular straight boundary lines and large thermal contraction takes place during cooling of weld metal. We notice that these numerical weld specimens are different from the real weld specimens as the real specimens are usually cut from a bigger weld part and consequently have straight boundaries neglecting elastic relaxation associated with the cutting. In this paper, an iterative finite element method is described to obtain a weld specimen which is bounded by straight lines. The stress distributions of two types of weld specimen, one with regular and the other with irregular boundaries, are compared to check the effect of the boundary shape. Results show that the stress distribution can be different when large plastic deformation is induced by the application of external loading. In case of elastic small deformation, the difference turns out almost negligible.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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