The paper presents an approach to the impact of process parameters in innovative RTH (Rapid Tube Hydroforming) technology for shaping closed metal profiles in flexible and deformable dies. In order to implement the assumed deformation of the deformed profile, the RTH technology requires the monitoring and control of numerous technological parameters, including geometric, material, and technological variables. The paper proposes a two-stage research procedure considering hard modelling (constitutive) and soft modelling (data-driven). Due to the complexity of the technological process, it was required to develop a numerical finite element method FEM model focused on obtaining the adequate profile deformation measured by the ellipsoidality of the cylindrical profile. Based on the results of the numerical experiments, a preliminary soft mathematical model using ANN was developed. Analysing the soft model results, several statistical hypotheses were made and verified to investigate the significance of selected process parameters. Thanks to this, it was possible to select the most important process parameters, i.e., the properties of moulding sands used for RTH dies: the angle of internal friction and cohesion.
Purpose: The main purpose of this study was a detailed analysis of the mechanical and structural characteristics of human abdominal aneurysms in comparison with normal abdominal aortae and determination of the correlations between their mechanical behaviour and the microstructural content. Methods: Various mechanical properties, i.e., mechanical failure properties, elastic moduli, inflection point coordinates, index of anisotropy and incompressibility were determined under uniaxial loading conditions in the circumferential and axial directions. Constitutive parameters were derived from the commonly used constitutive model proposed by Holzapfel et al. [9]. The microstructural arrangement was examined by histological staining supported by scanning electron microscopy analysis. The content of collagen fibres and elastic lamellae was tested in relation to mechanical properties and constitutive parameters. Results: Significant differences were found in the microstructural arrangement and layer composition of the aneurysmal specimens, compared to the normal aorta group. The mechanical properties and constitutive parameters of the aneurysmal specimens were significantly altered, indicating a weakening of the load-bearing properties of the walls of the aneurysms. A comparative analysis discovered significant correlations between structural composition and mechanical parameters, in particular with respect to the number of collagen fibres and failure stress, which can be important for clinical evaluation of abdominal aortic aneurysm (AAA) rupture. Conclusions: Changes in the content of collagen fibres and elastic lamellae correlate with mechanical and constitutive parameters, indicating AAA severity
In this paper, the experimental investigations, constitutive description and numerical modelling of low-cycle fatigue behaviour of P91 steel in non-isothermal conditions are presented. First, experimental tests are performed to recognise different aspects of material behaviour. Then, an appropriate constitutive model is developed within the framework of thermodynamics of irreversible processes with internal state variables. The model describes two phases of cyclic softening, related to plastic mechanisms. An important goal of the presented research is to include thermomechanical coupling in the constitutive modelling. Next, the model parameters are identified based on the available experimental data. Some parametric studies are presented. Finally, numerical simulations are performed, which indicate the significant influence of thermomechanical coupling on the response of the constitutive model in thermomechanical fatigue conditions.
A novel solution for the problem of modelling of soil reinforced with vegetation roots. An extension of the Nor–Sand model and its application to granular saturated or dry, soil–root composites. Model implementation in MATLAB: numerical simulations of drained triaxial compression tests, investigation of the sensitivity of the solution to different values of model parameters. Capturing the most important features of soil–root composites. Accounting for the progressive activation of the root’s strength. Indication of the ability of further model application to large-scale problems, such as slope or dune stability.
The paper presents methods of determining creep parameters based on uniaxial compression testing. Relevant analyses were carried out on the basis ofthe time resistance concept. Evaluation of the strain-time one-dimensional behaviour ofsoil is also described. The aim of this research was to put some light on methods of determination of creep parameters used in various constitutive creep models and to develop the reliable interpretation approach. In this work the values for creep parameters were defined with the help of oedometer tests on reconstituted clay samples from Chmielów.
The paper presents results of numerical calculations of a diaphragm wall model executed in Poznań clay formation. Two selected FEM codes were applied, Plaxis and Abaqus. Geological description of Poznań clay formation in Poland as well as geotechnical conditions on construction site in Warsaw city area were presented. The constitutive models of clay implemented both in Plaxis and Abaqus were discussed. The parameters of the Poznań clay constitutive models were assumed based on authors’ experimental tests. The results of numerical analysis were compared taking into account the measured values of horizontal displacements.
PL
Projektowanie konstrukcji podziemnych w obszarach gęstej zabudowy miejskiej, może wiązać się z wieloma trudnościami. Wykop zwykle jest realizowany w bliskim sąsiedztwie istniejących budynków i infrastruktury podziemnej, jak również istnieje ryzyko wystąpienia w podłożu skomplikowanych warunków gruntowych (np. gruntów ekspansywnych lub antropogenicznych). Obecnie inżynierowie mogą korzystać z różnych programów MES w celu rozwiązywania rzeczywistych problemów projektowych. Niektóre są przeznaczone do specyficznych zastosowań, np. w geotechnice Plaxis, Geo 5 czy z Soil. Inne komercyjne programy MES, jak np. Abaqus, Ansys czy LS-Dyna, są bardzo rozbudowane i nadają się do rozwiązywania różnorodnych zagadnień fizyki technicznej (nie tylko z zakresu mechaniki), ale nie zawsze dysponują dodatkowymi narzędziami przydatnymi w konkretnych zastosowaniach geotechnicznych. W artykule przedstawiono wyniki analizy przemieszczeń wybranej ściany szczelinowej przeprowadzonej z zastosowaniem dwóch uznanych programów MES: Plaxis i Abaqus. Oba zawierają zestaw modeli sprężystoplastycznych gruntów, przydatnych do modelowania zachowania się iłów, ale stosowanie tych modeli wymaga dobrej znajomości mechaniki i geotechniki.
In this work, the constitutive model, derived with the use of thermodynamic of irreversible processes framework is presented. The model is derived under the assumption of small strains. Plastic strain induced martensitic phase transformation is considered in the austenitic matrix where the volume fraction of the martensite is reflected by a scalar parameter. The austenitic matrix is assumed as the elastic-plastic material and martensitic phase is assumed as randomly distributed and randomly oriented inclusions. Both phases are affected by damage evolution but there is no distinction in the model between damage in austenite and martensite.
Deformation softening is quite often observed during hot working of different alloys. Steels, aluminium, titanium or nickel alloys can demonstrate a decrease in flow stress under active deformation at constant temperatures and strain rates. Though the background microstructural mechanisms as well as the softening rates can be quite different, the treatment of such processes requires special attention. Deformation softening can cause significant non-uniformity of the metal flow resulting in flow localization, formation of shear bands and variation of the microstructure across the workpiece. This paper is devoted to the investigation of the specific issues which arise in this respect in FEM simulation of processes involving softening. The possible role of softening in shear band formation is studied using numerical simulation and physical modelling. The effect of the softening rate on the probability of flow localization is discussed. The interplay of deformation softening with the stain rate and temperature sensitivity is demonstrated using as an example the simulation of Equal Channel Angular Pressing (ECAP). An approach to account for the deformation softening in FEM simulations via process modelling of the microstructure refinement is proposed.
PL
Zmiękczanie podczas odkształcenia jest często obserwowane podczas obróbki plastycznej na gorąco różnych stopów. Stale, stopy aluminium, tytanu lub niklu mogą wykazać zmniejszenie naprężenia płynięcia w warunkach czynnego odkształcania przy stałej temperaturze i prędkości odkształcenia. Jednak mechanizmy w tle jak również prędkości zmiękczenia mogą być bardzo różne, stąd analiza takich procesów wymaga szczególnej uwagi. Zmiękczenie podczas odkształcenia może powodować znaczną niejednorodność płynięcia metalu prowadzącą do lokalizacji płynięcia, tworzenia pasm ścinania i zróżnicowania mikrostruktury w całym odkształcanym elemencie. Niniejsza praca poświęcona jest badaniu konkretnych problemów, pojawiających się w tym zakresie podczas symulacji metodą elementów skończonych procesów z udziałem zmiękczania. Możliwa rola zmiękczenia w powstawaniu pasm ścinania badana jest za pomocą symulacji numerycznych i modelowania fizycznego. Omawiany jest wpływ prędkości zmiękczania na prawdopodobieństwo lokalizacji płynięcia. Wzajemne oddziaływanie zmiękczania podczas odkształcenia z szybkością odkształcenia i temperaturą, wykazano stosując jako przykład symulację wyciskania przez kanał kątowy. Zaproponowano podejście do ujęcia zmiękczania podczas odkształcenia w symulacji metodą elementów skończonych poprzez modelowanie procesów rozdrobnienia mikrostruktury.
Several constitutive models have been proposed for description of mechanical behaviour of soft tissues containing collagen fibres. The model with aligned fibres is modified in this paper to take the dispersion of fibre orientations into account through angular integration and it is compared with the model that is defined through generalized structure tensor. The paper is focused on the effect of fibre dispersion on the resulting stress-strain behaviour predicted by both analyzed models. Analytical calculations are used for the comparison of the mechanical behaviour under a specific biaxial tension mode. Both the models have been implemented into commercial finite element code ANSYS via user subroutines and used for numerical simulation resulting in a non-homogeneous stress field.The effects of the fibre dispersion predicted by both of the compared models differ significantly - e.g. the resulting stress difference between both models is lower than 10% only in case of extremely small dispersion of collagen fibres orientation (k < 0.01 to 0.03)). These results are consistent with other literature reference. The applicability of the model defined through the generalized structure tensor is discussed.
In this work, a macroscopic material model for simulation two distinct dissipative phenomena taking place in FCC metals and alloys at low temperatures: plasticity and phase transformation, is presented. Plastic yielding is the main phenomenon occurring when the yield stress is reached, resulting in nonlinear response of the material during loading. The phase transformation process leads to creation of two-phase continuum, where the parent phase coexists with the inclusions of secondary phase. An identification of the model parameters, based on uniaxial tension test at very low temperature, is also proposed.
11
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Separation of time scales is used in a high cycle accumulation (HCA)model for sand. An important difficulty of the model is the limited applicability of the Miner’s rule to multiaxial cyclic loadings applied simultaneously or in a combination with monotonic loading. Another problem is the lack of simplified objective HCA formulas for geotechnical settlement problems. Possible solutions of these problems are discussed.
12
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Viscoplastic waves interaction plays a fundamental role in a strain localisation phenomenon especially during highly dynamic processes occurring for example during car or orbiting space objects crashes (strain rates locally reach the values of order 107 s-1 In zones of localised deformation an intensive evolution of damage occurs which is undoubtedly directional (anisotropic) and finally may cause failure (loss of continuity). Such processes are highly influenced by the temperature (reaching often melting points) and mostly under adiabatic conditions. Mathematical description of the mentioned phenomena formulated in terms of Perzyna's thermoviscoplasticity is considered in this paper.
13
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
This paper describes the research work to characterise the strain rate dependent on the deformation and failure behaviour of glass fibre reinforced polypropylene. The experimental and theoretical analysis of the mechanical behaviour under highly dynamic loading is performed within the German DFG research project "Textile reinforced composite components for function integrating multi material design in complex lightweight applications". The investigations are used for the development of novel material models for the strain rate dependent on material behaviour under in-plane and out-off-plane loads. Therefore, highly dynamic tensile and compression tests on textile reinforced composites with a thermoplastic matrix and woven or knitted fabric reinforcement are performed for determination of the strain rate, orientation dependent stiffness, strength characteristics, as well as for identification of the material specific failure and damage behaviour. Within the research work, novel testing methods and devices were developed, which enable a defined loading and accurate strain and damage analysis. Based on the experimental results, approaches for extended material models were developed, which include the strain rate dependent deformation behaviour on the one hand and the fracture mode specific failure behaviour on the other hand.
PL
W artykule przedstawiono badania określające rozmiar deformacji oraz powstałych uszkodzeń od szybkości odkształcenia polipropylenu wzmacnianego włóknem szklanym. Analiza zarówno eksperymentalna, jak i teoretyczna zachowań mechanicznych badanych materiałów, w zależności od przyłożonego obciążenia dynamicznego, została przeprowadzona w ramach projektu badawczego DFG "Textile-reinforced composite components for function-integrating multi-material design in complex lightweight applications". Badania te mają posłużyć opracowaniu nowych modeli materiałowych opisujących zachowanie materiału obciążonego w płaszczyźnie wzmocnienia, a także w kierunku prostopadłym do ułożenia wzmocnienia w zależności od szybkości jego odkształcenia. Przeprowadzone badania (dynamiczne rozciąganie i ściskanie) termoplastów wzmocnionych tkaninami lub dzianinami zostały wykonywane w celu określenia charakterystyk sztywności i wytrzymałości w zależności od szybkości odkształcenia i orientacji włókien oraz identyfikacji powstałych uszkodzeń w zależności od wykorzystanego rodzaju materiału. W ramach pracy opracowano nowe metody oraz urządzenia badawcze pozwalające na dokładne zdefiniowanie obciążenia oraz analizę odkształceń i uszkodzeń. Na podstawie wyników eksperymentalnych w opracowywanych modelach materiałowych należało uwzględniać nie tylko rozmiar deformacji w zależności od szybkości odkształcenia, ale również rodzaje powstałych przełomów. Opracowane modele zostały następnie wykorzystane w symulacjach numerycznych zjawiska zderzenia w płaszczyźnie wzmocnienia.
14
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The application of FEM/NMM/p-EMP computational hybrid system in formulation of the Neural Material Model (NMM) for granular soils is presented. NMM is a Multi Layer Preceptron formulated ’on-line’. The cumulative algorithm of the autoprogressive method was implemented into the FEM program. The patterns for NMM training were generated in the rigid strip footing analysis. Pseudo-empirical equilibrium paths p-EMP for veri?cation of the NMM were computed by a FEM program for the elastic-plastic Drucker-Prager material model. The discussed inverse problem of NMM identi?cation is illustrated by two study cases of footing: 1) rigid strip footing on plane semispace, 2) inclined slope analysis. It was numerically proved that the NMM identi?ed in the ?rst study case can be successfully applied to the analysis of the latter one.
A multi-laminate constitutive model for soft soils incorporating structural anisotropy is presented. Stress induced anisotropy of strength, which is present in multi-laminate type constitutive models, is augmented by directionally distributed overconsolidation. The model is presented in the elastic-plastic version in order to simulate strength anisotropy of soft clayey soils and destructuration effects. Performance of the model is shown for some element tests and for the numerical simulation of a trial road embankment constructed on soft clays at Haarajoki, Finland. The numerical calculations are completed with the commercial finite element code capable to perform coupled static/consolidation analysis of soils. Problems related to the initiation of in situ stress state, conditions of preconsolidation, as well as difficulties linked to estimation of the model parameters are discussed. Despite simple assumptions concerning field conditions and non-viscous formulation of the constitutive model, the obtained final results are of a sufficient accuracy for geotechnical practice.
PL
W artykule przedstawiono model wielopłaszczyznowy (multi-Iaminate) uwzgledniający anizotropię struktury słabonośnych gruntów drobnoziarnistych. Anizotropia indukowana naprężeniem, którą otrzymuje się przy zastosowaniu modeli wielopłaszczyznowych, jest dodatkowo wzmocniona poprzez wprowadzene prekonsolidacji zależnej od orientacji przestrzennej. Model przedstawiono w wersji sprężysto-plastycznej, w której możliwa jest symulacja anizotropii wytrzymałości słabonośnych gruntów drobnoziarnistych oraz zjawiska destrukturyzacji. Działanie modelu pokazano w symulacjach numerycznych wybranych badań elementarnych oraz przy zastosowaniu w modelowaniu numerycznym odkształcenia słabonośnego podłoża gruntowego pod próbnym nasypem drogowym w Haarajoki, Finlandia. Symulację numeryczną przeprowadzono przy użyciu komercyjnego programu metody elementów skończonych pozwalającego na analizę sprzężonych zagadnień brzegowych statyki i konsolidacji. Omówiono zagadnienia związane z przyjęciem warunków początkowych stanu naprężenia in situ oraz warunków prekonsolidacji, jak również przedstawiono problemy związane z przyjęciem parametrów modelu. Pomimo przyjęcia prostych zasad dotyczących warunków początkowych oraz przy pominięciu efektów lepkości w modelu konstytutywnym, otrzymane wyniki pozwoliły na osiągnięcie wystarczającej w praktyce geotechnicznej dokładności w stosunku do wartości pomierzonych.
16
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The monitored case of deep excavation works located in the centre of Warsaw is described and back analysed as a boundary value problem with the finite element method. The excavation was carried out in over-consolidated clayey layers under the support of braced diaphragm walls. Accurate simulation of such soil-structure interaction problems requires advanced soil constitutive models – especially for the pre-failure range of small strains. On the other hand, such models should not be very complex and their material parameters should be relatively simple to obtain from laboratory and in situ surveys. By means of a case study, this paper examines several simple elasto-plastic constitutive models for the simulation of the behaviour of soil layers. The influence of such characteristics of the soil behaviour, as anisotropy and non-linearity of stiffness, is studied in the paper. The discussion concerns the problems related to the application of the models for a practical example. The comparison is focused on the obtained and measured displacements of the neighbouring building and diaphragm walls.
17
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The paper refers to numerical modelling of the hardening process of steel C45. In the algorithm the heat transfer equation, equilibrium equations and macroscopic model of phase transformations, basis of CCT diagrams, are used. Coupling between basic phenomena of hardening process is considered, in particular the influence of latent heat on the fields of temperature, and also thermal, structural and plastic strains and transformation - induced plasticity in the model is taken into account as well. The method of calculating the phase transformation during heating applied by the authors uses data from the continuous heating diagram (CHT). The homogenization line of austenite determines the end of heating. The influence of austenisation temperature on the kinetics of transformations is taken into account. To calculate the increase of martensite content Koistinen-Marburger formula is used. Field of stresses and strains are obtained from solutions of finite element method equations of equilibrium in increment form.
A constitutive relationship of nonlinear isotropic material is proposed in the paper. Model is thermodynamically consistent with the requirements for reversible processes in the frame of small strain theory. Using the isotropic strain tensor decomposition, the Green type constitutive strain potential is proposed. The specific strain energy functions are scalar valued, isotropic, non-negative and convex satisfying the natural state of material. Model is dependent on the two strain or stress invariants and four material constants. Proposed constitutive model predicts locking behaviour for the volumetric straining and yielding for shear loading. Dual model equations are given in the closed explicit mathematical form.
PL
Proponujemy relacje konstytutywne nieliniowej spręzystości materiału izotropowego, które zgodne są z prawami termodynamiki procesów odwracalnych. Opis ten mieści się w ramach nieliniowej teorii sprężystości małych odkształceń. Postulujemy potencjał Greena w postaci funkcji jednostkowej energii odkształcenia objętościowego i postaciowego. Funkcje energii sprężystości spełniają wymaganie stanu naturalnego oraz są izotropowymi, nieujemnymi i wypukłymi funkcjami skalarnymi tensora odkształcenia. Są one zależne od niezmienników tensora odkształcenia i jego dewiatora oraz czterech stałych materiałowych. Proponowany model przewiduje zakleszczanie i mięknięcie materiału odpowiednio części kulistej i części dewiatorowej relacji konstytutywnej. Dualne relacje konstytutywne są podane w postaci jawnych wzorów.
19
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Wpracy zaprezentowano modele stosowane w analizie numerycznej konstrukcji i elementów wykonanych z materiałów kruchych. Uwagę skoncentrowano na modelach zakładających kontynualną budowę materiału ośrodka. Przedstawiono charakterystykę poszczególnych modeli.
EN
The work reviews constitutive models used in numerical analysis of brittle materials. Special attention is restricted to models based on the continuum theory. The paper is comprehensive survey of literature and mechanical modelling theories.
The study concerns the linear elastic and viscoelastic constitutive modelling of homogeneous orthotropic solid bodies. The considerations are based on well-known coupled standard/inverse constitutive equations of elasticity. The author has derived new uncoupled standard/inverse constitutive equations of elasticity, new uncoupled standard/inverse constitutive equations of viscoelasticity, and new coupled standard/inverse constitutive equations of viscoelasticity of orthotropic materials. A homogeneous orthotropic material is deseribed by 9 elastic and 18 viscoelastic constants, clearly interpreted physically. Simpler materials, i.e. monotropic and isotropic solid bodies, are also considered. In addition, the separation of shear and bulk strains in the uncoupled constitutive equations of elasticity has been examined numerically for exemplary materials.
PL
Praca dotyczy modelowania konstytutywnego jednorodnych ortotropowych ciał stałych w zakresie linowym, sprężystym i lepkosprężystym. Podstawą rozważań są znane sprzężone standardowe/odwrotne równania konstytutywne liniowej sprężystości tych materiałów. Wyznaczono niesprzężone standardowe/odwrotne równania konstytutywne liniowej sprężystości, sformułowano niesprzężone standardowe/odwrotne równania konstytutywne liniowej lepkosprężystości, a następnie wyznaczono sprzężone standardowe/odwrotne równania konstytutywne liniowej lepkosprężystości ortotropowych ciał stałych. Jednorodny materiał ortotropowy opisano za pomocą 9 stałych sprężystości i 18 stałych lepkosprężystości z podaniem przejrzystej interpretacji fizycznej tych stałych. Rozważono również przypadki szczególne materiału monotropowego i izotropowego. Dodatkowo, przetestowano numerycznie rozdzielenie odkształceń postaciowych i objętościowych w przypadku niesprzężonych równań konstytutywnych sprężystości materiałów ortotropowych i monotropowych.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.