International Journal of Reliability and Applications
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제17권2호
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pp.137-147
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2016
The engine mount of a car subjected to a pre-load related to the weight of the engine, and acts to insulate the vibration coming from the engine by moving on large or small displacement depending on the driving condition of the car. The vibration insulation of the engine mount is an effect obtained by dissipating the mechanical energy into heat by the viscosity characteristic of the rubber and the microscopic behavior of the additive carbon black. Therefore, dynamic stiffness from the intrinsic properties of rubber filled with carbon black at the design stage is an important design consideration. In this paper, we introduced a hyper-elastic, visco-elastic and elasto-plastic model to predict the dynamic characteristics of rubber, and developed a fitting program to determine the material model parameters using MATLAB. The dynamic characteristics analysis of the rubber insulator of the ACTIVE MOUNT was carried out by using MSC.MARC nonlinear structural analysis software, which provides the dynamic characteristics material model. The analysis results were compared with the dynamic characteristics test results of the rubber insulator, which is one of the active mount components, and the analysis results were confirmed to be valid.
Ring forging process is more appropriate for high-length and thin walled ring, because it utilizes the forging press and hence does not require heavy-duty ring rolling mill. Although ring forging process is very simple and economic for facilities, the process is not efficient because of multi-forging-step and low material utilization. An effective ring forging process is developed using a hollow ingot. When a hollow ingot is used with a workpiece, the ingot can be forged into a final ring without multi-stage pre-forging process, such as, cogging, upsetting, and piercing, etc.. Finally it has advantages of the material utilization and process improvement because a few reheating and forging process are not necessary to make workpiece for ring forging. The important design variables are the applied plastic deformation energy to eliminate cast structure and make uniform properties. In this study, the mechanical properties after forging of hollow cast ingot were investigated from the experiment using circumferential sectional model. Also, the effects of process variables were studied by FEM simulation on the basis of thermo-visco-plastic constitutive equation. Applied strain is different at each position in length direction because diameter of hollow ingot is different in length direction. The different strain distribution become into a narrow gap by additional plastic deformation during diameter extension process.
The relationship between plastic deformation and crystal grain change in warm forging processes of SM10C carbon steel is studied. If the carbon steel is deformed at warm forging temperature(about recrystallization range), material properties are changed due to microstructural chanre of the crystal grain and cementite of the internal part. Some experimental values are investigated in terms of the elliptic degree of cementite, the grain size of cementite and ferrite grain size. When plastic deformation proceeds, the elliptic degree of cementite becomes larger and the grain size of cementite particle becomes small. In addition, the size of ferrite grain becomes fines by recrystallization. The elliptic degree of cementite has a considerable effect on formability. The distribution of effective strain in the forging was calculated by the rigid visco-plastic FEM analysis. The effective strain distribution obtained from the FEM simulation is compared with the experimental result, At the level of effective strain 0.3, dynamic recovery and dynamic recrystallization begin and at the level of over 2.5, the organization of material has better internal structure that is suitable for the following cold forming.
Superplastic forming/diffusion bonding(SPF/DB) processes are analyzed using a rigid visco-plastic finite element method. The optimum pressure-time relationship for a target strain rate and thickness distributions were predicted using two-node line element based on membrane approximation for plane strain shapes. Material behavior during SPF/DB of the integral structures with complicated shapes are investigated. The tying condition is employed for the analysis inter-sheet contact problems. A movement of rib structure is successfully prodicted during the forming.
Most studies of failure analysis in ductile metals have been based on the classical plasticity theory using the local constitutive relations. These frequently yields a physically unrealistic solution, in which a numerical prediction of the onset of a deformation localization shows an inherent mesh-size sensitivity. A one way to remedy the spurious mesh sensitivity resulted in the unreasonable results is to incorporate the non-local plasticity into the simulation model, which introduce an internal (material) length-scale parameter into the classical constitutive relations. In this paper, a non-local version of the modified Gurson constitutive relation has been introduced into the finite element formulation of the simulation for plane strain compression of the visco elastic-plastic void material. By introducing the non-local constitutive relations we could successfully removed the inherent mesh-size sensitivity for the prediction of the deformation localization. The effects of non-local constitutive relation are discussed in terms of the load-stroke curve and the strain distributions accross the shear band.
Recently, GMP(Glass Molding Press) process is mainly used to produce aspheric glass lenses. Because glass lens is heated at high temperature above Ty (yielding point) for forming glass, the quality of aspheric glass lens is deteriorated by residual stresses which are generated in a aspheric glass lens after forming. Before this study, as a fundamental study to develop forming conditions for progressive GMP process, compression, strain relaxation and thermal conductivity tests were carried out to obtain the visco-rigid plastic, the visco-elastic and thermal properties of K-PBK40 which is newly developed and applied for precision molding glass material, In this study, using the experimental results we obtained, a glass lens forming simulation in progressive GMP process was carried out and we could forecast the shape of deformed glass lenses and residual stresses contribution in the structure of deformed glass lenses after forming.
Once assessment of material failure characteristics is captured precisely in a unified way, it can bedirectly incorporated into the structural failure assessment under various loading environments, based on the theoretical backgrounds so called Local Approach to Fracture. The aim of this study is to develop a numerical fatigue test method by continuum damage mechanics applicable for the assessment of structural integrity throughout crack initiation and structural failure based on the Local Approach to Fracture. The generalized elasto-visco-plastic constitutive equation, which can consider the internal damage evolution behavior, is developed and employed in the 3-D FEA code in order to numerically evaluate the material and/or structural responses. Explicit information of the relationships between the mechanical properties and material constants, which are required for the mechanical constitutive and damage evolution equations for each material, are implemented in numerical fatigue test method. The material constants selected from constitutive equations are used directly in the failure assessment of material and/or structures. The performance of the developed system has been evaluated with assessing the S-N diagram of stainless steel materials.
Magnesium alloy shows strong anisotropy and asymmetric behavior in tension and compression curve, especially at room temperature. These characteristics limit the application of finite element method (FEM) which is based on conventional continuum mechanics. To accurately predict the material behavior of magnesium alloy at microstructural level, a methodology of fully coupled multiscale simulation is presented and a crystal plasticity model as a constitutive equation in the simulation of metal forming process is introduced in this study. The existing constitutive equation for rigid plastic FEM is modified to accommodate deviatoric stress component and its derivatives with respect to strain rate components. Viscoplastic self-consistent (VPSC) polycrystal model was selected as a constitutive model because it was regarded as the most robust model compared to Taylor model or Sachs model. Stiffness matrix and load vector were derived based on the new approach and implemented into $DEFORM^{TM}-3D$ via a user subroutine handling stiffness matrix at an elemental level. The application to extrusion and rolling process of pure magnesium is presented in this study to assess the validity of the proposed multiscale process.
The purpose of this study was to establish a numerical model of polyurethane foam (PUF) to simulate the dynamic response and strength of membrane-type Liquefied natural gas (LNG) Cargo containment system (CCS) under the impact load. To do this, initially, the visco-plastic behavior of PUF was characterized by testing the response of the PUF to the impact loads with various strain rates as well as PUF densities at room temperature and at cryogenic conditions. A PUF material model was established using the test results of the material and the FE analysis. To verify the validation of the established material model, simulations were performed for experimental applications, e.g., the dry drop test, and the results of FEA were compared to the experimental results. Based on this comparison, it was found that the dynamic response of PUF in dry drop tests, such as the reaction force and fracture behaviors, could be simulated successfully by the material model proposed in this study.
Superplastic forming/diffusion bonding (SPF/DB) processes were analyzed using a 3-D rigid visco-plastic finite element method. A constant-triangular element based on membrane approximation and an incremental theory of plasticity are employed for the formulation. The coulomb friction law is used for interface friction between tool and material. Pressure-time relationship for a given optimal strain rate is calculated by stress and pressure values at the previous iteration step. In order to improve the contact searching, hierarchical search algorithm has been applied and implemented into the code. Various geometries including sandwich panel and 3 sheet shape for 3-D SPF/DB model are analyzed using the developed program. The validity fer the analysis is verified by comparison between analysis and results in the literature.
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