Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Application of the generalized nonlinear constitutive law in numerical analysis of hollow-core slabs

Staszak Natalia, Garbowski Tomasz, Ksit Barbara

Archives of Civil Engineering

|

2022

|

Vol. 68, nr 2

125--145

EN

The non-linear analysis of hollow-core concrete slabs requires the use of advanced numerical techniques, proper constitutive models both for concrete and steel as well as particular computational skills. If prestressing, cracking, crack opening, material softening, etc. are also to be taken into account, then the computational task can far exceed the capabilities of an ordinary engineer. In order for the calculations to be carried out in a traditional design office, simplified calculation methods are needed. They should be based on the linear finite element (FE) method with a simple approach that takes into account material nonlinearities. In this paper the simplified analysis of hollow-core slabs based on the generalized nonlinear constitutive law is presented. In the proposed method a simple decomposition of the traditional iterative linear finite element analysis and the non-linear algebraic analysis of the plate cross-section is used. Through independent analysis of the plate cross-section in different deformation states, a degraded plate stiffness can be obtained, which allows for iterative update of displacements and rotations in the nodes of the FE model. Which in turn allows to update the deformation state and then correct translations and rotations in the nodes again. The results obtained from the full detailed 3D nonlinear FEM model and from the proposed approach are compared for different slab cross-sections. The obtained results from both models are consistent.

PL

Nieliniowa analiza kanałowych płyt stropowych wymaga zastosowania zaawansowanych technik numerycznych, odpowiednich modeli konstytutywnych zarówno dla betonu jak i stali oraz konieczności posiadania odpowiednich umiejętności obliczeniowych. W przypadku nieliniowych analiz należy wziąć pod uwagę również sprężenie, pękanie, rysy, zmiękczenie materiału itp., co powoduje że zadanie obliczeniowe może znacznie przekroczyć możliwości zwykłego inżyniera. W celu wykonania obliczeń w tradycyjnym biurze projektowym potrzebne są uproszczone metody obliczeń. Najlepiej w oparciu o liniową metodę elementów skończonych (MES) z prostym podejściem uwzględniającym nieliniowości materiałowe. W artykule przedstawiono uproszczoną analizę kanałowych płyt w oparciu o uogólnione prawo konstytutywne. W proponowanej metodzie prosty rozkład tradycyjnej iteracyjnej liniowej analizy elementów skończonych oraz nieliniowej analizy algebraicznej przekroju poprzecznego płyty. Poprzez niezależną analizę przekroju płyty w różnych stanach odkształcenia, można uzyskać zdegradowaną sztywność płyty, co pozwala na iteracyjną aktualizację przemieszczeń oraz obrotów w węzłach modelu MES. To z kolei pozwala zaktualizować stan deformacji, a następnie skorygować translacje i obroty w węzach jeszcze raz. Proponowana tutaj metoda ma zastosowanie do analizy betonu zbrojonego cięgnami oraz sprężonych płyt kanałowych. Wyniki uzyskane z pełnego szczegółowego nieliniowego modelu 3D MES oraz z proponowanego podejścia są porównywane dla różnych przekrojów płyt. Uzyskane wyniki dają dobrą zbieżność.

2

Application of the generalized nonlinear constitutive law in 2D shear flexible beam structures

Mrówczyński Damian, Gajewski Tomasz, Garbowski Tomasz

Archives of Civil Engineering

|

2021

|

Vol. 67, nr 3

157--176

EN

The paper presents a modified finite element method for nonlinear analysis of 2D beam structures. To take into account the influence of the shear flexibility, a Timoshenko beam element was adopted. The algorithm proposed enables using complex material laws without the need of implementing advanced constitutive models in finite element routines. The method is easy to implement in commonly available CAE software for linear analysis of beam structures. It allows to extend the functionality of these programs with material nonlinearities. By using the structure deformations, computed from the nodal displacements, and the presented here generalized nonlinear constitutive law, it is possible to iteratively reduce the bending, tensile and shear stiffnesses of the structures. By applying a beam model with a multi layered cross-section and generalized stresses and strains to obtain a representative constitutive law, it is easy to model not only the complex multi-material cross-sections, but also the advanced nonlinear constitutive laws (e.g. material softening in tension). The proposed method was implemented in the MATLAB environment, its performance was shown on the several numerical examples. The cross-sections such us a steel I-beam and a steel I-beam with a concrete encasement for different slenderness ratios were considered here. To verify the accuracy of the computations, all results are compared with the ones received from a commercial CAE software. The comparison reveals a good correlation between the reference model and the method proposed.

PL

W artykule przedstawiono zmodyfikowaną metodę elementów skończonych do nieliniowej analizy płaskich konstrukcji belkowych. Aby wziąć pod uwagę wpływ podatności na ścinanie, zastosowano belkowy element Timoshenki. Zaproponowany algorytm umożliwia stosowanie złożonych praw materiałowych bez konieczności implementacji zaawansowanych modeli konstytutywnych w procedurach elementów skończonych. Metoda jest łatwa do wdrożenia w powszechnie dostępnym oprogramowaniu CAE do liniowej analizy konstrukcji belkowych. Pozwala to na rozszerzenie funkcjonalności tych programów o nieliniowości materiałowe. Wykorzystując odkształcenia konstrukcji, obliczone z przemieszczeń węzłów oraz przedstawione tutaj uogólnione nieliniowe prawo konstytutywne, możliwe jest iteracyjne zmniejszanie sztywności konstrukcji na zginanie, ściskanie/rozciąganie i ścinanie. Stosując model belkowy z przekrojem wielowarstwowym oraz uogólnionymi odkształceniami i naprężeniami w celu uzyskania reprezentatywnego prawa konstytutywnego, łatwo jest modelować nie tylko złożone przekroje wielomateriałowe, ale także zaawansowane nieliniowe prawa konstytutywne (np. osłabienie materiału przy rozciąganiu). Zaproponowana metoda została zaimplementowana w środowisku MATLAB, a jej działanie pokazano na kilku przykładach numerycznych. Przeanalizowano przekroje dwuteownika stalowego oraz dwuteownika stalowego obetonowanego dla różnych wartości smukłości. Aby zweryfikować dokładność obliczeń, wyniki porównano z wartościami otrzymanymi z komercyjnego oprogramowania CAE. Porównanie pokazało dobrą korelację między modelem referencyjnym a proponowaną metodą.

3

An advanced approach to derive the constitutive law of UHPFRC

Mészöly T., Randl N.

Architecture Civil Engineering Environment

|

2018

|

Vol. 11, no. 1

89--96

EN

More than 200 specimens were tested in a comprehensive experimental campaign using ultra-high performance concrete with a mean compressive strength between 150 and 210 MPa and with different amounts of steel fibre reinforcement (0%, 1% and 2% by volume) from the first 2 days to 1.5 years after casting. From the large set of experimental tests related material parameters were derived. Based on compression tests with strain transducers and laser displacement transducers, the compression side of the constitutive law was derived, and based on the splitting tensile tests and flexural bending tests, the tensile side of the constitutive law was derived and the results are presented. For derivation of the tensile behaviour of ultrahigh performance fibre-reinforced concrete an advanced approach was applied by using a photogrammetric camera system with digital image correlation (DIC).

PL

Ponad 200 próbek zostało zbadanych w kompleksowej serii badań betonów bardzo wysokowartościowych o średnich wytrzymałościach na ściskanie od 150 do 210 MPa i przy zróżnicowanej ilości zbrojenia rozproszonego z włókien stalowych (0%, 1% i 2% objętości). Próbki badano w wieku od 2 dni do 1.5 roku po ułożeniu betonu. W poszczególnych seriach zbadano parametry materiałowe. W próbach ściskania, przy użyciu tensometrów i laserowych czujników przemieszczeń wyznaczono wartości ściskań do wykorzystania w równaniach konstytutywnych, a na podstawie prób rozciągania (w próbie rozłupywania przy ściskaniu wzdłuż pobocznicy) i wytrzymałości na zginanie wyznaczono wartości rozciągań do równań konstytutywnych. Do wyznaczenia wytrzymałości na rozciąganie betonu bardzo wysokowartościowego zbrojonego włóknami stalowymi zastosowano metodę fotogrametryczną z cyfrową korelacją obrazu (DIC).

4

Finite element analysis of a superelastic shape memory alloy considering the effect of plasticity

Jiang X., Li B.

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

2017

|

Vol. 55 nr 4

1355--1368

EN

In the present study, a shape memory alloy (SMA) phenomenological constitutive model is proposed that is capable of describing SMA superelastic behavior and the plasticity effect. The phase transformation constitutive model, by using strain and temperature as control variables to judge the phase transformation points in order to avoid the complexity of transformation correction, incorporates plasticity described by the von Mises isotropic hardening model. Further, the proposed model is implemented into the finite element package ANSYS by the user subroutine USERMAT. The results produced by the proposed model of simulated superelastic and plasticity behavior are compared with experimental data taken from the literature.

5

Modeling of Solid Propellants Viscoplastic Behavior Using Evolutionary Algorithms

Zalewski R., Pyrz M., Wolszakiewicz T.

Central European Journal of Energetic Materials

|

2010

|

Vol. 7, nr 4

289-300

EN

In the paper an initial attempt to the experimental analysis of viscous effects, characteristic for homogeneous solid rocket fuels is proposed. For this reason uniaxial tensile experiments, carried out on dumbbell homogeneous solid propellants have been chosen. Laboratory tests have been carried out on INSTRON tensile testing machine. Research schedule involved destructive tensile tests with various strain rates. Three different values of strain rates have been taken into consideration. Experimentally obtained hardening curves are presented in suitable diagrams. Basing on obtained results, authors confrm the viscoplastic behavior of studied materials. Essential impact of the applied strain rate on the position of experimental hardening curves is observed. Acquired results are the base for the further stage of investigations of homogeneous solid propellants – the modeling of their physical properties. Additionally, numerical modeling of studied phenomena, using the viscoplastic Chaboche’s model, identifed on the basis of experimental data, is presented. The material parameters of the constitutive law are determined numerically using an evolutionary algorithm procedure. The effciency of the model and the identifcation approach are discussed.

6

Problem identyfikacji modelu materiału w prawie konstytutywnym stosowanym w symulacji obróbki plastycznej

Pietrzyk M.

Mechanik

|

2009

|

R. 82, nr 5-6

470-480

PL

Omówiono problem dokładności identyfikacji modeli materiału stosowanych w prawie konstytutywnym w symulacji procesów przeróbki plastycznej. Wykazano, że zastosowanie analizy odwrotnej znacznie poprawia dokładność interpretacji wyników prób plastometrycznych służących do identyfikacji modeli naprężenia uplastyczniającego. Przeprowadzono analizę wrażliwości obliczeń odwrotnych i wyselekcjonowano współczynniki mające największy wpływ na dokładność tych obliczeń. Wykonano testy numeryczne całej procedury identyfikacji modelu naprężenia uplastyczniającego z zastosowaniem analizy odwrotnej.

EN

Discussed is definiteness of the material model identification methods as required in constitutive law applicable for simulation of the plastic working process. It is demonstrated, that the method of inverse analysis would substantially improve accuracy of interpretation of the plastometric test results used to identify a flow stress model. Inverse calculation methods were analyzed for sensitivity and some of the factors having the most material impact on accuracy of the calculation results were selected. Numerical tests were carried out all over the procedure of identification of the flow stress model with the inverse analysis applied.

7

Axi-symmetric ice sheet flow with evolving anisotropic fabric

Staroszczyk R.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2006

|

Vol. 54, nr 4

419-428

EN

An axially symmetric, gravity driven, steady flow of a grounded polar ice sheet with a prescribed temperature field is considered. The ice is treated as an incompressible, non-linearly viscous, anisotropic fluid, the internal structure (fabric) of which evolves as ice descends from the free surface to depth in an ice sheet. The evolution of the ice fabric is described by an orthotropic constitutive law which relates the deviatoric stress to the strain-rate, strain, and three structure tensors based on the current (rotating) principal stretch axes. The solution of the problem is constructed as a leading-order approximation derived from asymptotic expansions in a small parameter that reflects the small ratio of stress and velocity gradients in the lateral direction of the ice sheet to those in the thickness direction. Numerical simulations of the flow problem have been carried out for various sets of rheological parameters defining the limit strength of the anisotropic fabric in ice. The results of calculations illustrate the influence of the ice anisotropy, basal melt conditions and temperature field in ice on the glacier thickness and lateral span, and on the depth profiles of the flow velocity.

8

Wpływ cyklicznego ścinania na przebieg lokalizacji odkształceń w gruntach piaszczystych

Tejchman J.

Zeszyty Naukowe. Budownictwo / Politechnika Śląska

|

2003

|

z. 97

185-192

PL

W artykule przedstawiono wyniki wpływu cyklicznego ścinania na przebieg lokalizacji odkształceń stycznych w zagęszczonych gruntach piaszczystych. Proces ścinania wąskiej i nieskończenie długiej warstwy piasku pomiędzy dwoma bardzo szorstkimi brzegami pod obciążeniem stałym w warunkach nieskrępowanej dylatacji modelowany był przy zastosowaniu metody elementów skończonych i mikropolarnego hipoplastycznego prawa konstytutywnego. Obliczenia wykonano dla dużej amplitudy cyklicznego ścinania.

EN

Paper presents results of the effect of cyclic shearing on the evolution of localization of shear deformations in dense sandy soils. The process of shearing of an infinite narrow layer of sand between two very rough boundaries under constant vertical pressure in conditions of free dilatation is modelled with a finite element method and a polar hypoplastic constitutive law. Numerical calculations were performed with large cyclic shear amplitude.

9

Symulacja numeryczna ścinania w aparatach bezpośredniego i prostego ścinania

Tejchman J.

Zeszyty Naukowe. Budownictwo / Politechnika Śląska

|

2003

|

z. 97

177-184

PL

W artykule porównano dwa różne aparaty ścinania stosowane w mechanice gruntów i mechanice materiałów sypkich: aparat bezpośredniego ścinania i aparat prostego ścinania. Analizę numeryczną pola odkształceń i naprężeń w próbce suchego piasku wykonano na bazie metody elementów skończonych i mikropolarnego konstytutywnego prawa hipoplastycznego. Prawo konstytutywne zawiera długość charakterystyczną w formie średniej średnicy ziarna.

EN

Two different shear apparatuses used in soil mechanics and mechanics of bulk solids are compared: a direct shear tester and a true simple shear tester. The analysis of the deformation and stress field in the specimen of dry sand was performed on the basis of a finite element method and a polar hypoplastic constitutive law. A constitutive law includes a characteristic length in the form of a mean grain diameter.

10

A uniform strain, discrete-grain model for evolving anisotropy of polycrystalline ice

Staroszczyk R.

Archives of Mechanics

|

2002

|

Vol. 54, nr 2

103-126

EN

A discrete-grain model accounting for the induced anisotropy of polycrystalline ice is formulated. An individual ice crystal is supposed to be a transversely isotropic medium whose behaviour is linearly viscous. For such a crystal a frame-indifferent constitutive law involving three microscopic rheological parameters is derived. Assuming that each crystal undergoes a homogeneous deformation of the polycrystalline aggregate (the Taylor approximation), the macroscopic viscous behaviour of the material is determined. The considerations are illustrated by the results of numerical simulations of simple flows, showing the evolution of the oriented structure of the material and the variation of macroscopic viscosities with increasing strains. In addition, the influence of the parameters describing the single crystal anisotropy on the overall behaviour of the aggregate is investigated.

11

An orthotropic constitutive model for secondary creep of ice

Staroszczyk R.

Archives of Mechanics

|

2001

|

Vol. 53, nr 1

65-85

EN

As polycrystaline ice undergoes creep deformation over long time-periods, it develops a fabric (oriented structure) and associated, strain-induced anisotropy. In the paper, a frame-indifferent orthotropic constitutive model for secondary creep of ice is formulated, in which the strain-rate is expressed in terms of the deviatoric stress, strain, and three structure tensors based on the principal deformation axes. As an illustration, the model is used to determine the evolution of the creep response of ice to continued uniaxial compression and simple shearing.