BazTech - Yadda

1

Large deformation finite element analysis of undrained pile installation

Konkol J., Bałachowski L.

Studia Geotechnica et Mechanica

|

2016

|

Vol. 38, nr 1

45--54

EN

In this paper, a numerical undrained analysis of pile jacking into the subsoil using Abaqus software suit has been presented. Two different approaches, including traditional Finite Element Method (FEM) and Arbitrary Lagrangian–Eulerian (ALE) formulation, were tested. In the first method, the soil was modelled as a two-phase medium and effective stress analysis was performed. In the second one (ALE), a single-phase medium was assumed and total stress analysis was carried out. The fitting between effective stress parameters and total stress parameters has been presented and both solutions have been compared. The results, discussion and verification of numerical analyzes have been introduced. Possible applications and limitations of large deformation modelling techniques have been explained.

2

Walidacja eksperymentalna symulacji numerycznej oddziaływania fali wybuchu 1,5 kg TNT na płytę stalową

Ciepielewski R., Barnat W., Dybcio P.

Modelowanie Inżynierskie

|

2015

|

T. 25, nr 56

5--10

PL

W pracy przedstawiono walidację eksperymentalną symulacji komputerowej oddziaływania impulsu ciśnienia pochodzącego od detonacji ładunku wybuchowego o masie 1,5 kg TNT na płytę. Przedmiotem badań była płyta stalowa o grubości 6 mm i wymiarach 500 mm x 500 mm wykonana ze stali S235JR. Badania eksperymentalne polegały na obciążeniu płyty oddziaływaniem dynamicznym wybuchu 1,5 kg TNT w odległości 400 mm od środka płyty. Głównym odniesieniem do wyników badań eksperymentalnych była trwała deformacja tylnej płaszczyzny płyty mierzona za pomocą naręcznego laserowego skanera. Model numeryczny wykorzystany do symulacji dynamicznej oddziaływania impulsu ciśnienia na płytę przygotowano w środowisku LS-Dyna. Płytę modelowano za pomocą elementów bryłowych/powłokowych. Oddziaływanie impulsu ciśnienia modelowano na dwa sposoby. W pierwszym przypadku zastosowano sprzężenie ALE (Arbitrary Lagrangian-Eulerian). Taki sposób modelowania umożliwia interakcję pomiędzy ośrodkiem gazowym a badaną strukturą. Drugim sposobem modelowania było użycie funkcji CONWEP zaimplementowanej w środowisku LS-Dyna. W artykule porównano wyniki otrzymane obydwiema metodami z wartościami otrzymanymi eksperymentalnie. Uzyskano zadowalającą zgodność wyników analizy numerycznej z badaniami eksperymentalnymi.

EN

The paper presents experimental validation of computer simulation of impact pulse pressure from detonation of 1.5 kilograms of TNT on the flat face. Subject of the research was 6 mm thick and 500 mm x 500 mm steel plate made of S235JR. During experiment a dynamic impact load was applied to plate by explosion of 1.5 kg TNT at a distance of 400 mm from the center of the front face. Deformation of the plate’s back face was measured using a handheld laser scanner. The numerical model used to simulate the dynamic impact of the pulse pressure to the plate was prepared in LS-Dyna software. The plate was modeled with solid or shell elements. The impact of the pressure pulse was simulated in two ways. In the first case, the coupling ALE (Arbitrary Lagrangian-Eulerian) was used. This way of modeling can be used to take into account the interaction between the fluid medium and the test structure. The second way was the CONWEP modeling functions implemented in LS-Dyna software. The article compared the results obtained by both methods with values obtained experimentally. Good agreement with the results of numerical analysis and experimental research was obtained.

3

Influence of the shape of the explosive charge on blast profile

Hryciów Z., Borkowski W., Rybak P., Wysocki Z.

Journal of KONES

|

2014

|

Vol. 21, No. 4

169--176

EN

When an explosive charge is fired, the nature and mass of the explosive are the only parameters of importance usually considered. The shape however, also plays a major role in the effect of an explosive charge. Knowledge of shape effect can be important before the use of the explosive (in order to create a maximum effect with a given mass of explosive), or in post-explosion damage assessment. The shape effect however is only significant within a certain range from the charge. At longer distance, the produced blast wave tends to be spherical. The shock wave parameters studied in this work are the peak overpressure and the first positive impulse. A series of numerical test has been performed in order to determine the range of influence of the charge shape. Different locations of initiation were compared. A hemispherical charge was point detonated at its centre whereas a cylindrical shape was detonated at the centre of an upper or lower plane. Numerical simulations of near field burst were conducted using LS-DYNA software. During numerical tests a pressure fields were determined for different shapes of explosive charges as well as the pressure waveforms at points located 1000 mm from a centre. Additionally, reference pressure history curves from LOAD_BLAST_ENHANCED procedure were calculated.

4

Wybrane numeryczne metody modelowania obciążenia falą podmuchową podwozia pojazdu terenowego : analiza porównawcza

Baranowski P., Małachowski J.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2012

|

Vol. 61, nr 3

117-128

PL

Praca ta skupia się na przedstawieniu wyników badań dynamicznej odpowiedzi struktury gumowej na przykładzie koła pojazdu terenowego w warunkach oddziaływania fali podmuchowej. W analizowanym przykładzie wzięto pod uwagę układ zawieszenia wraz z uproszczonym podwoziem rozpatrywanego pojazdu. Mając na uwadze, że w pierwszej kolejności fala ciśnienia pochodząca od detonacji ładunku wybuchowego oddziałuje na oponę, autorzy postanowili odwzorować ten element w sposób jak najbardziej zbliżony do rzeczywistości. W związku z tym model MES podzielono na sześć odrębnych części oraz zaimplementowano do niego układ kordów, których konfiguracja oraz położenie zostały zweryfikowane przy użyciu mikroskopu oraz urządzenia rentgenowskiego. Tak utworzony układ koło-zawieszenie został poddany obciążeniu falą ciśnienia powstałą z eksplozji ładunku wybuchowego. Analizy numeryczne wykonane zostały przy użyciu kodu obliczeniowego LS-Dyna oraz dwóch dostępnych metod numerycznych umożliwiających realizację opisu procesu detonacji, tj. sprzężenia Lagrange-Euler (ALE) oraz metody Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH). W drugiej części badań zbadano odpowiedź struktury gumowej (opony) na zadane dynamiczne obciążenie w postaci fali ciśnienia ze szczególnym zwróceniem uwagi na prędkość odkształceń oraz proces zniszczenia materiału. Dodatkowo porównano wyniki dla dwóch rodzajów ładunku wybuchowego: C4 oraz TNT.

EN

This paper focuses on a rubber structure behaviour assessment under dynamic loading on the example of a terrain suspension system subjected to pressure wave. Due to the fact that pressure wave interacts with the tire, in the first place, it was important to develop a discrete model of it as much similar to the real one as possible. Thus, numerical model of the tire was divided into six different parts with steel cords inside. The non-linear dynamic analyses were performed using the LSDYNA code. In order to simulate the blast wave propagation, the Smoothed Particle Hydrodynamics method and Arbitrary Lagrangian-Eulerian formulation with Jones Wilkins Lee equation defining the explosive material were used. In the second part of investigations, the rubber behaviour under dynamic loading with the strain rate effect and failure process taking into consideration was assessed and compared for TNT and C4 charge.

5

Goal-oriented mesh adaptivity for fluid-structure interaction with application to heart-valve settings

Wick T.

Archive of Mechanical Engineering

|

2012

|

Vol. LIX, nr 1

73-99

EN

We apply a fluid-structure interaction method to simulate prototypical dynamics of the aortic heart-valve. Our method of choice is based on a monolithic coupling scheme for fluid-structure interactions in which the fluid equations are rewritten in the 'arbitrary Lagrangian Eulerian' (ALE) framework. To prevent the backflow of structure waves because of their hyperbolic nature, a damped structure equation is solved on an artificial layer that is used to prolongate the computational domain. The increased computational cost in the presence of the artificial layer is resolved by using local mesh adaption. In particular, heuristic mesh refinement techniques are compared to rigorous goal-oriented mesh adaption with the dual weighted residual (DWR) method. A version of this method is developed for stationary settings. For the nonstationary test cases the indicators are obtained by a heuristic error estimator, which has a good performance for the measurement of wall stresses. The results for prototypical problems demonstrate that heart-valve dynamics can be treated with our proposed concepts and that the DWR method performs best with respect to a certain target functional.

PL

W artykule przedstawiono analizę zagadnienia oddziaływania płyn-struktura (FSI) w komputerowej symulacji pracy zastawki serca. Przedstawiono monolityczne sformułowanie tego zagadnienia, w którym równania dla struktury i płynu rozwiązywane są w pełnym sprzężeniu, przy czym do opisu ruchu płynu stosowane jest podejście typu Arbitrary Lagrangian-Euelerian (ALE). Zaproponowano metodę eliminacji zjawiska niefizycznego odbicia fal odkształceń struktury, polegającą na wprowadzeniu sztucznej dyssypacji energii tych fal w części brzegu obszaru położonej za zastawkami. W celu zwiększenia efektywności obliczeniowej wprowadzono lokalną adaptację siatki. W szczególności, porównano heurystyczne techniki adaptacji siatki z techniką opartą na wykorzystaniu ważonego residuum sprzężonego (Dual Weighted Residual, DWR). Przedstawiono wyniki obliczeń testowych demonstrujące poprawność zaproponowanego podejścia oraz skuteczność metody adaptacyjnej DWR.

6

Blast wave and suspension system interaction - numerical approach

Baranowski P., Małachowski J.

Journal of KONES

|

2011

|

Vol. 18, No. 2

17-24

EN

The main aim of this paper is to present the effective example of coupled experimental and numerical tests. Moreover, a development process of a numerical model of a terrain vehicle suspension system is presented. Experimental tests were carried out on the machine Instron 8802 with an assistance of the high-speed camera Phantom v12. Obtained stress-strain curves were applied into the FE model to estimate material constants for Mooney-Rivlin constitutive rubber model and for numerical failure criterion. Geometry of the tire and other suspension elements were achieved using reverse engineering technology. Due to the fact that a tire is such a complex structure to be represented with numerical methods, it was important to develop a discrete model of tire as much similar to the real one as possible. Consequently, an exact tire cords pattern was implemented into the FE model of the tire, which was obtained by the assistance of a microscope and X-ray device. In the next step, numerical analyses were performed simulating the TNT explosion under the suspension system with a simplified motor-car body. Nonlinear dynamic simulations were carried out using the explicit LS-Dyna code, with central difference scheme with modified the time integration of the equation of motion. In order to simulate the blast wave propagation the Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) method and Arbitrary Lagrangian-Eulerian formulation with Jones Wilkins Lee (JWL) equation defining the explosive material were used. Finally, results from both approaches were compared.

7

Vulnerability analysis of aircraft fuselage subjected to internal explosion

Dacko A., Toczyski J.

Archive of Mechanical Engineering

|

2011

|

Vol. LVIII, nr 4

393-406

EN

The most important task in tests of resistance of aircraft structures to the terorist threats is to determine the vulnerability of thin-walled structures to the blast wave load. For obvious reasons, full-scale experimental investigations are carried out exceptionally. In such cases, numerical simulations are very important. They make it possible to tune model parameters, yielding proper correlation with experimental data. Basing on preliminary numerical analyses - experiment can be planned properly. The paper presents some results of dynamic simulations of finite element (FE) models of a medium-size aircraft fuselage. Modeling of C4 detonation is also discussed. Characteristics of the materials used in FE calculations were obtained experimentally. The paper describes also the investigation of sensitivity of results of an explicit dynamic study to FE model parameters in a typical fluid-structure interaction (FSI) problem (detonation of a C4 explosive charge). Three cases of extent of the Eulerian mesh (the domain which contains air and a charge) were examined. Studies have shown very strong sensitivity of the results to chosen numerical models of materials, formulations of elements, assumed parameters etc. Studies confirm very strong necessity of the correlation of analysis results with experimental data. Without such a correlation, it is difficult to talk about the validation of results obtained from "explicit" codes.

PL

W pracy przedstawiono wybrane aspekty modelowania i symulacji numerycznych odporności struktury cienkościennego kadłuba lotniczego na obciążenia wywołane falą uderzeniową, generowaną przez wewnętrzną detonację ładunku wybuchowego o masie m0. Charakterystyki mechaniczne materiałów przyjęto z pomiarów eksperymentalnych. Zastosowano technikę sprzężenia oddziaływań między strukturą a płynem, Arbitrary Lagrangian-Eulerian, z opcją erozji zniszczonych elementów. Przeanalizowano mechanizmy zniszczenia struktury w zależności od lokalizacji ładunku wybuchowego. Rozpatrzono wpływ różnych parametrów modelu obliczeniowego na wyniki analiz. Zbadano również wpływ wymiarów przestrzeni eulerowskiej na wyniki. Wykazano bardzo silną wrażliwość analizy na przyjęte parametry, wybrane sformułowania elementów (opcje), modele materiałów. Wskazuje to na konieczność korelacji symulacji numerycznych z wynikami eksperymentalnymi. Bez możliwości takich porównań trudno mówić o walidacji modelu obliczeniowego.

8

An efficient implementation of boundary conditions in an ALE model for orthogonal cutting

Miguelez M. H., Munoz-Sanchez A., Cantero J. L.

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

2009

|

Vol. 47 nr 3

599-616

EN

Prediction of machining-induced residual stresses is an interesting objective in the field of modelling manufacturing processes. Although Finite Element Analysis (FEA) has been widely used for this purpose, many problems are found when the numerical model is developed. Computational cost and numerical problems related to the extreme mesh distortion make the effort of finite element modelling of machining extremely time consuming. The aim of this work is to predict machinning-induced residual stresses using a finite element model based in ALE (Arbitrary Lagrangian Eulerian) approach. The finite element general-purpose code ABAQUS is used, modifying the previous model used in scientific literature to predict residual stresses. Boundary conditions in the entrance of the workpiece and in the upper border of the chip were modified from Lagrangian boundaries in the previous model, to Eulerian boundaries in the new model. Main advantages of the model presented in this work are low level of distortion of the mesh, the possibility of simulate long length of machined surface and time-efficiency. The model has been applied to calculate residual stresses in AISI 316L during machining. Reasonable agreement with experimental results has been found.

PL

Przewidywanie szczątkowych naprężeń wywoływanych obróbką skrawaniemw materiale próbki stanowi interesujące zagadnienie modelowania tego typu technologii wytwarzania. Mimo, że analiza oparta na elementach skończonych znalazła szerokie zastosowanie w tej dziedzinie, jej skuteczność jest problematyczna na poziomie budowy modelu numerycznego. Koszt symulacji i kłopoty obliczeniowe związane z ogromnym zniekształceniem siatki elementów skończonych czynią ten rodzaj analizy wyjątkowo czasochłonnym. Celem tej pracy jest opis metody określania naprężeń szczątko- wych indukowanych obróbką skrawaniem za pomocą modelu z elementami skończonymi w opisie eulerowsko-lagrange'owskim ALE (ang. Arbitrary Lagrangian Eulerian). W obliczeniach zastosowano wielozadaniowy pakiet ABAQUS, który pozwolił na modyfikację dotychczas stosowanego modelu, opisanego w literaturze. Warunki brzegowe w obszarze wejścia noża w obrabiany materiał i górnej strefie wióra zmodyfikowano z typu Lagrange'a na Eulera w nowej wersji. Zaletą tego rozwiązania okazało się małe zniekształcenie siatki elementów skończonych, możliwość symulacji długich powierzchni obróbczych i znacznie krótszy czas obliczeń. Model wykorzystano do określenia naprężeń szczątkowych w stali AISI 316L podczas skrawania. Potwierdzono satysfakcjonującą zgodność symulacji z wynikami pomiarów doświadczalnych.

9

Surface strain during homoepitaxy : growth and ion ablation of CdTe

Tatarenko S., Etgens V. H., Hartmann J. M., Martrou D., Arnoult A., Cibert J., Magnea N., Sauvage-Simkin M., Alvarez J., Ferrer S.

Opto-Electronics Review

|

1999

|

Vol. 7, No. 2

75-80

EN

Oscillations of the surface lattice parameter were observed by RHEED during the homoepitaxial growth of (001) CdTe by molecular beam epitaxy (MBE) and atomic layer epitaxy (ALE). The oscillations are associated to a deformation, induced by the surface reconstruction, at the free edges of the small 2D islands formed during the growth. In the same way, a lateral relaxation is measured during the layer by layer "de-growth" of (001) CdTe. Experiments using a CCD X-ray sensitive camera combined with the very bright X-ray beam offered by the European Synchrotron Radiation Facility allowed us to investigate the two layers behaviour of the CdTe surface in real time during the ablation by ion sputtering. The results show a relaxation mechanism, which is effective only whem islands are presented on the surface. A correlation has been found between the size the islands, their distribution, and the surface reconstruction. Particularly, a long-distance correlation between islands along the [1-10] direction has been observed.