This study's primary aim is to check the existence of a representative volume element for granular materials and determine the link between the properties (responses) of macro structures and the size of the discrete particle assembly used to represent a constitutive relation in a two-scale model. In our two-scale method the boundary value problem on the macro level was solved using finite element method, based on the Cosserat continuum; the macro stresses and modulus were obtained using a solution of discrete particle assemblies at certain element integration points. Meanwhile, discrete particle assemblies were solved using discrete element method under boundary conditions provided by the macro deformation. Our investigations focused largely on the size effects of the discrete particle assembly and the radius of the particle on macro properties, such as deformation stiffness, bearing capacity and the residual strength of the granular structure. According to the numerical results, we suggest fitting formulas linking the values of different macro properties (responses) and size of discrete particle assemblies. In addition, this study also concerns the configuration and displacement fluctuation of discrete particle assemblies on the micro level, accompanied with the evolution of bearing capacity and deformation on the macro level.
Kim Hee-Yeoun;Kim Jin-Young;Jeong Dong-Seok;Enoki Manabu;Hong Soon-Hyung
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2004.04a
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pp.237-240
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2004
High strain-rate deformation behavior of NiAl/Ni micro-laminated composites was characterized by split hopkins on pressure bar(SHPB). When the strain rate increased, the compressive stress of micro-laminated composites were increased a little. When the intermetallic volume fraction increased, the compressive stress of micro-laminated composites increased linearly irrespective of strain rate. Absorbed energy during the quasi-static and SHPB tests was calculated from the integrated area of stress-strain curve. Absorbed energy of micro-laminated composites deviated from the linearity in terms of the intermetallic volume fraction but merged to the value of intermetallic as the strain rate increased. This was due to high tendency of intermetallic layer for the localization of shear deformation at high strain rate. Microstructure showing adibatic shear band(ASB) confirmed that the shear strain calculated from the misalignment angle of each layer increased and ASB width decreased when the intermetallic volume fraction. Simulation test impacted by tungsten heavy alloy cylinder resulted that the absorbed energies multiplied by damaged volume of micro-laminated composites were decreased as the intermetallic volume fraction increased. Fracture mode were changed from delamination to single fracture when the intermetallic volume fraction and this results were good matched with previous results[l] obtained from the fracture tests.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.14
no.5
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pp.1119-1128
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1990
A numerical method for analyzing non-isothermal, rigid-viscoplastic deformation problems has been presented. As an application, a stretch forming of sheet metals, including temperature effect, has been analyzed by a three-dimensional finite element method. Bishop`s step-wise decoupled method is adopted to solve thermomechanical coupling between deformation and heat transfer. Using the method, the effect of temperature on strain distribution during stretch forming is investigated. By comparison of the non-isothermal results with isothermal analysis, the importance of including temperature effects in the analysis of metal forming problems is emphasized. The predicted results were in good agreement with the existing experimental measurements at the different punch temperatures and dome heights investigated. It is also found that any increase of the punch temperature appeared to postpone the strain localization process by lowering the peak strain in the critical punch-sheet contact region and by normalizing strain distribution within the specimen.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.4
no.1
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pp.1-12
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2000
This study summarizes the numerical analyses of a Ti alloy deformation under a back extrusion process. Amongst metallic parts in a small propulsion motor case, a Ti-6Al-4V alloy is used extensively. However, the Ti alloy shows a great deal of shear band formation which often leads to a fracture due to a narrow working temperature window. Moreover, the shear band tends to develop over an area where a contact occurs between the hot work piece and the die wall, due to localized cooling. Thus, heating the dies is often required to overcome the deformation localization. Therefore, it becomes necessary to investigate the internal temperature and strain rate distribution during forging process of a Ti alloy. Furthermore, a shear band analysis is peformed using a finite difference scheme and a comparison is made between steel and Ti alloy.
Kim, Daeyeong;Kim, Taehwan;Lee, Jeongmin;Kim, Yoonsup;Kim, Hyeoncheol;Lee, Jong Ik
Geosciences Journal
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v.22
no.6
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pp.939-953
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2018
We examined the microfabrics of omphacite and garnet in foliated eclogite to determine the influence of the layered structure on seismic observations in subduction zone. The analyzed eclogite, from the Lanterman Range, northern Victoria Land, Antarctica, is characterized by layering in which the modal abundances of garnet and omphacite vary. For garnet, the low aspect ratios, similar angular distribution of long axes relative to the foliation in both layers, uniform grain size distribution, near-random crystallographic preferred orientations (CPOs), and misorientation angle distributions are indicative of passive behavior during deformation. In contrast, omphacite shows relatively high aspect ratios, a low angle between the long axes of crystals and the foliation, a wide grain-size distribution, and distinctive CPOs, suggesting dislocation creep as the main deformation mechanism. The results of fabric analyses are consistent with strain localization into omphacite or omphacite-rich layers rather than garnet or garnet-rich layers. The single-crystal seismic anisotropy of garnet is very weak ($AV_P=0.2%$, $AV_S=0.5-0.6%$), whereas that of omphacite is much stronger ($AV_P=3.7-5.9%$ and $AV_S=2.9-3.8%$). Seismic anisotropy of the omphacite-rich layers shows an increase of 329% for $AV_P$ and 146% for $AV_S$ relative to the garnet-rich layers. Our results demonstrate the importance of the layered structure in strain localization and in the development of the seismic anisotropies of subducting oceanic crust.
Lakshmanan, N.;Raghuprasad, B.K.;Muthumani, K.;Gopalakrishnan, N.;Basu, D.
Smart Structures and Systems
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v.3
no.1
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pp.23-49
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2007
Wavelet transforms are the emerging signal-processing tools for damage identification and time-frequency localization. A small perturbation in a static or dynamic displacement profile could be captured using multi-resolution technique of wavelet analysis. The paper presents the wavelet analysis of damaged linear structural elements using DB4 or BIOR6.8 family of wavelets. Starting with a localized reduction of EI at the mid-span of a simply supported beam, damage modeling is done for a typical steel and reinforced concrete beam element. Rotation and curvature mode shapes are found to be the improved indicators of damage and when these are coupled with wavelet analysis, a clear picture of damage singularity emerges. In the steel beam, the damage is modeled as a rotational spring and for an RC section, moment curvature relationship is used to compute the effective EI. Wavelet analysis is performed for these damage models for displacement, rotation and curvature mode shapes as well as static deformation profiles. It is shown that all the damage indicators like displacement, slope and curvature are magnified under higher modes. A localization scheme with arbitrary location of curvature nodes within a pseudo span is developed for steady state dynamic loads, such that curvature response and damages are maximized and the scheme is numerically tested and proved.
Kim H. Y.;Kwon H. C.;Byon S. M.;Park H. D.;Im Y. T.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2004.08a
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pp.307-316
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2004
This study examined the cause of the wrinkle defect which is frequently encountered in wire rod rolling of low carbon steel$(C0.08\~0.13wt.\%)$. Even a small defect on the surface of rolled bars can easily develop into fatal cracks during cold heading process of low carbon steel, and it is therefore necessary to minimize inherent defects on the surface of hot rolled bars. Hot rolling process of low carbon steel was analyzed to identify the cause of the wrinkle defect in conjunction with FE analysis. The integrated analysis revealed that the wrinkle defect initiated in the first stage of rolling, and it was at the billet edge where severe deformation and drastic temperature drop were present. To elucidate the micro-mechanical mechanism of the wrinkle defect, hot compression tests were carried out at various temperatures and strain rates using Gleeble-3800. The surface profile of the each other compressed specimens was compared, and rough surface lines were observed at relatively low temperatures. Those surface defects can develop into wrinkles during multi-pass rolling. To control the wrinkle defect in rolling, it is necessary to design an adequate caliber which can minimize the loss of ductility, and thereby prevent flow localization. To use the result of this study fur other steels, the quantitative measure of the wrinkle defect and flow localization parameter should be proposed.
Dynamic shear tests for the tough-pitch copper at high strain and high strain rate was performed. The Split Hopkinson Pressure Bar (SHPB) compression test system was modified to yield a shear deformation in the specimen. Hat-shaped specimens for the tough-pitch copper were adopted to generate high strain of γ=3~4 and high strain-rate of γ= 10$^4$/s. The dynamic analysis by ABAQUS 5.5/EXPLICIT code verified that shear zone can be localized in hat-shaped specimens. A proper impact velocity and the axial length of the shear localization region wert determined through the elastic wave analysis. The displacement in a hat-shaped specimen is limited by a spacer ring which was installed between the specimen and the incident bar. The shear bands were obtained by measuring the direction of shear deformation and the width of deformed grain in the shear zone. The decrease of specimen length has been measured on the optical displacement transducer. Dynamic shear stress-strain relations in the tough-pitch copper were obtained at two strain-rates.
Soil failure is initiated and preceded by forming and progressing of shear band, defined as the localization of deformation into thin zones of soil mass. To understand the failure mechanism of normally consolidated cohesive soil, the spatial distribution and evolution of deformation within the entire specimen need to be evaluated. In this study, vertical compression tests under plane strain condition were performed on reconstituted kaolinite specimens, while capturing digital images of the specimen at regular intervals during shearing. Overall stress-strain behavior from initial to post peak has been analyzed together with spatial distributions of deformations and shear band characteristics from digital images at 4 stages.
Shear banding, the localization of deformation into thin zones, has a quite practical relevance, as stability and deformation characteristics of earth structures are controlled by the soil behavior within the shear band. In this study, for understanding occurrence and developed pattern of shear band, plane strain compression tests were performed on three soils with different particle-size distribution under various conditions. Digital images were captured during the experiments; then, deformation of a specimen was evaluated by digital image analysis technique. The characteristics of a shear band were evaluated from the state shortly after post-peak occurrence to critical state. Additionally, the statistical procedure was developed to determine the reasonable thickness of a shear band.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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