Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Finite element analysis of three-point bending of a T-beam structural biaxial highly oriented polymer material

Wei C.-L., Chang Y., Lee Y.-C., Lee R., Luo T.-W., Chen J.-H.

Polimery

|

2018

|

T. 63, nr 3

219--223

EN

Polymers with biaxial aligned molecular chains are also orthotropic materials, which are characterized by high tensile strength and low shear strength in the length direction. When orthotropic materials are used as structural shapes with poor shear strength, they are likely to undergo premature failure under shear stress. Therefore, in three-point bending, the cross-section of the entire profile not only bears tensile stress and compressive stress in the length direction, but also simultaneously exhibits shear stress. This study analyzes the distribution of tensile stress, compressive stress and shear stress in the length direction of highly oriented polymers (HOP) by finite element analysis to find the most suitable length-to-height ratio for these materials when used as structural shapes. The finite element analysis software, Abaqus, is utilized to simulate HOP T-beam to analyze the load stress of a T-beam. With a fixed cross–section area, as the length of the material changes, its shear strength also changes. Accordingly, the order of occurrence of tensile failure and shear failure can be investigated. The simulation reveals that when the length-to-height ratio is between 4 : 1 and 20 : 1, a zone of stress in which tensile failure and shear failure occur can be found. This result can be exploited in the design and development of structural beam.

PL

Polimery o dwuosiowo zorientowanych łańcuchach makrocząsteczek są materiałami ortotropowymi, wykazującymi dużą wytrzymałość na rozciąganie oraz niewielką wytrzymałość na ścinanie w kierunku długości. Elementy konstrukcyjne wytworzone z materiału ortotropowego o małej wytrzymałości na ścinanie są podatne na przedwczesne uszkodzenie pod wpływem naprężeń ścinających. Przy zginaniu trójpunktowym w przekroju ich profilu występują zarówno naprężenia rozciągające i ściskające w kierunku podłużnym, jak i naprężenia ścinające. Metodą elementów skończonych analizowano rozkład naprężeń rozciągających, ściskających i ścinających w kierunku podłużnym wysoko zorientowanych polimerów (HOP) w celu określenia optymalnego stosunku długości do wysokości w kształtach konstrukcyjnych. Do symulacji naprężeń obciążeniowych w zginaniu trójpunktowym belki teowej wykorzystano program komputerowy Abaqus. Stwierdzono, że przy stałej powierzchni przekroju poprzecznego belki jej wytrzymałość na ścinanie zmienia się wraz ze zmianą długości. Badano również kolejność występowania uszkodzeń pod wpływem działania sił rozciągających i ścinających. Symulacja wykazała, że przy stosunku długości do wysokości w zakresie od 4 : 1 do 20 : 1 występuje strefa naprężeń, w której mogą się pojawiać uszkodzenia w wyniku rozciągania lub ścinania. Uzyskane wyniki można wykorzystać w projektowaniu i optymalizacji belek konstrukcyjnych.

2

Indentation theory on orthotropic materials subjected to a frictional moving punch

Zhou Y. T., Lee K. Y., Jang Y. H.

Archives of Mechanics

|

2014

|

Vol. 66, nr 2

71--94

EN

The present article establishes a general theory of frictional moving contact of orthotropic materials indented by a moving rigid punch with various punch profiles. The punch moves to the right or left at a constant speed with the shear stress arising inside the contact region. The motion should be subsonic. By using Galilean transformation and Fourier transform, a singular integral equation of the second kind is obtained, solution of which has a non-square-root or unconventional singularity. Numerical results are presented to show the influences of relative moving velocity and the friction coefficient on surface in-plane stress for each case of the four types of punches, which demonstrates that the surface crack initiation and propagation in load transfer components more likely occur at the trailing edge. The present theory provides a basis for explaining the surface damage mechanism of orthotropic materials under an indentation loading and for exploiting the physics behind the different punch profiles.

3

Influences of the moving velocity and material property on frictionless contact problem of orthotropic materials indented by a moving punch

Zhou Y. T., Lee K. Y., Jang Y. H.

Archives of Mechanics

|

2013

|

Vol. 65, nr 3

195--217

EN

In analyzing the contact behavior of a material indented by a moving punch, of much importance are the contributions of the moving velocity and material property. The present paper develops a smoothly moving contact model for orthotropic materials indented by a rigid punch. Based on fundamental solutions of each eigenvalue case, the mixed boundary-value problem is reduced to a Cauchy type singular integral equation by applying the Galilean transformation and Fourier transform. Particularly, the exact solution of the obtained singular integral equation is presented, and closed-form expressions of the physical quantities are given for a flat punch and a cylindrical punch. Figures are plotted to show the influences of the moving velocity, material properties and other loadings on the contact behaviors and to reveal the surface damage mechanism, which may provide useful guidelines for material’s designing and optimization.

4

Material orthotropy in analysis of fatigue safety under stochastic loads

Kolenda J.

Zeszyty Naukowe Akademii Marynarki Wojennej

|

2012

|

R. 53 nr 4 (191)

83-92

EN

The paper deals with fatigue safety of structural elements made of orthotropic metallic materials and subjected to non-zero mean stochastic loads. Multiaxial stationary stress is considered under assumption that the power spectral densities of its components at a given point of the element are known. A reduced stress, equivalent to the original stress in terms of fatigue performance of the material, is determined. For this purpose the distortion energy strength theory and the theory of energy transformation systems are applied. Hereby physical parameters of the material associated with the stress components acting on the plane perpendicular to the orthotropy axis and those associated with the remaining stress components are taken into account. As a result, the formula for expected value of the fatigue safety factor in such a case is derived.

PL

Artykuł dotyczy bezpieczeństwa zmęczeniowego elementów konstrukcyjnych wykonanych z ortotropowych metalicznych materiałów i poddanych obciążeniom stochastycznym o niezerowych wartościach średnich. Rozpatrywany jest wieloosiowy stan naprężenia przy założeniu, że znane są gęstości widmowe mocy składowych stanu naprężenia w danym punkcie elementu. Zdefiniowano naprężenie zredukowane, równoważne oryginalnemu naprężeniu w sensie wytrzymałości zmęczeniowej materiału. W tym celu wykorzystano hipotezę energii odkształcenia postaciowego i teorię systemów transformujących energię. Uwzględniono przy tym fizyczne parametry materiału odnoszące się do naprężeń działających na płaszczyźnie prostopadłej do osi ortotropowej symetrii materiału oraz parametry odnoszące się do pozostałych składowych stanu naprężenia. Wyprowadzono wzór na wartość oczekiwaną współczynnika bezpieczeństwa zmęczeniowego w takim przypadku.

5

Zastosowanie metody hybrydowej do rozwiązania zagadnienia odwrotnego wykorzystanego w wyznaczaniu kierunkowch właściwości cieplnych ciał ortotropowych - optymalizacja eksperymentu

Kucypera S.

Modelowanie Inżynierskie

|

2009

|

T. 7, nr 38

109-114

PL

Współcześnie produkowane materiały anizotropowe są najczęściej kompozytami wielowarstwowymi o periodycznie powtarzalnej strukturze, która pozwala traktować je jako jednorodne materiały ortotropowe o średnich parametrach termofizycznych. Wartości tych parametrów zależą od wielu czynników, np.: właściwości cieplnych włókien nośnych i lepiszczy użytych do ich połączenia, co uniemożliwia wyznaczanie ich metodami teoretycznymi. Dlatego w pracy do wyznaczania wielu parametrów termofizycznych w trakcie wykonywania jednego eksperymentu zaproponowano rozwiązanie odwrotnego zagadnienia przewodzenia ciepła metodą hybrydową. Przedstawiono wybrane wyniki badań.

EN

Contemporarily produced anisotropic materials are the most often multi-layered composites with a periodical repeatable structure, which permits to treat it as homogeneous orthotropic materials with average thermophysical parameters. The value of those parameters depend on many factors, for example: the property of thermal bearing fibres and the part of adhesives used to their connection. In described situation it is not possible to determine those parameters by theoretical methods. Therefore in the paper for determination many thermophysical parameters during executing one experiment was proposed the solution of inverse heat conduction problem by the hybrid method. The selected results of described analysis have been presented.

6

Evaluation of fracture parameters for crack problems in fgm by a meshless method

Sladek J., Sladek V., Zhang C., Tan C.-L.

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

2006

|

Vol. 44 nr 3

603-636

EN

A meshless method based on the local Petrov-Galerkin approach is proposed for crack analysis in two-dimensional (2D), anisotropic and linear elastic solids with continuously varying material properties. Both quasi-static thermal and transient elastodynamic problems are considered. For time-dependent problems, the Laplace transform technique is utilized. The analyzed domain is divided into small subdomains of circular shapes. A unit step function is used as the test function in the local weak form. It leads to Local Integral Equations (LIE) involving a domain-integral only in the case of transient dynamic problems. The Moving Least Squares (MLS) method is adopted for approximating the physical quantities in the LIE. Efficient numerical methods are presented to compute the fracture parameters, namely, the stress intensity factors and the T-stress, for a crack in Functionally Graded Materials (FGM). The path-independent integral representations for stress intensity factors and T-stresses in continuously non-homogeneous FGM are presented.

PL

Przedstawiono bezsiatkową metodę analizy szczelin opartą na podejściu Petrova-Galerkina dla dwuwymiarowych liniowo-sprężystych i anizotropowych ośrodków o zmieniających się własnościach materiałowych. Rozważono zarówno kwazistatyczne problemy naprężeń cieplnych, jak i zagadnienia elastodynamiki, w których zastosowano aparat transformacji Laplace'a. Badany obszar podzielono na małe podobszary kołowe. Jako funkcję testową w lokalnej, słabej postaci zastosowano jednostkową funkcję schodkową, co prowadzi do lokalnych równań całkowych (LIE). Metodę ruchomych najmniejszych kwadratów (MLS) zastosowano do przybliżenia wielkości fizycznych w LIE. Przedstawiono efektywne metody numeryczne wyznaczania parametrów pękania, a w szczególności współczynników koncentracji naprężeń oraz naprężeń T dla szczelin w materiałach funkcjonalnie gradientowych (FGM). Przedstawiono niezależne od drogi całkowania reprezentacje tych parametrów w materiałach FGM o kontynualnie zmieniającej się niejednorodności.