Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Influence of soil anisotropic stiffness on the deformation induced by an open pit excavation

Lisewska Katarzyna, Cudny Marcin

Archives of Civil Engineering

|

2023

|

Vol. 69, nr 4

141--156

EN

In this paper, the problem of deformation induced by an open pit excavation in anisotropic stiff soils is analysed by FE modelling. The presented research is focused on the influence of material model with anisotropic stiffness on the accuracy of deformation predictions as compared with the field measurements. A new hyperelastic-plastic model is applied to simulate anisotropic mechanical behaviour of stiff soils. It is capable to reproduce mixed variable stress-induced anisotropy and constant inherent cross-anisotropy of the small strain stiffness. The degradation of stiffness depending on strain is modelled with the Brick-type model. The model formulation and parameters are briefly presented. General deformation pattern obtained in the exemplary 2D boundary value problem of an open pit excavation is investigated considering different values of inherent cross-anisotropy coefficient of small strain stiffness. The numerical simulations are performed as a coupled deformation-flow analysis which allows to properly model the drainage conditions. The excavation phases are simulated by removal of soil layers according to the realistic time schedule. Finally, the monitored case of the trial open pit excavation in heavily overconsolidated Oxford Clay at Elstow, UK is simulated with proposed material model both in 2D and 3D conditions. The obtained calculation results are compared with displacement measurements and discussed.

PL

Modelowanie numeryczne zagadnień geotechnicznych związanych z odciążeniem podłoża (np. tunelowanie, wykopy) wymaga odpowiedniego opisu materiałowego gruntu, który pozwala na prawidłową symulację charakterystyki mechanicznej w zakresie małych odkształceń. Najważniejszymi elementami są tutaj nieliniowość sztywności związana z barotropią oraz degradacją stycznego modułu ścinania z odkształceniem oraz inherentna anizotropia sztywności. Modele konstytutywne dostępne w popularnych systemach obliczeniowych rzadko pozwalają na uwzględnienie anizotropii sztywności w zakresie małych odkształceń. Najczęściej przyczyną jest bardziej skomplikowana procedura implementacji niż w przypadku modeli z izotropową sztywnością, jak również ograniczona dostępność parametrów materiałowych związanych z anizotropią. Rozwój technik pomiarowych w eksperymentalnej mechanice gruntów, obserwowany w ostatnich latach na całym świecie, pozwala jednak na zaprojektowanie i przeprowadzenie badań anizotropii sztywności w warunkach ważnych inwestycji lub projektów badawczych. Najczęściej jest to pomiar współczynnika anizotropii αG w aparacie trójosiowym wyposażonym w elementy sejsmiczne bender zorientowane zarówno w pionie jak i w poziomie. System taki pozwala na bezpośrednie wyznaczenie modułów ścinania w płaszczyźnie pionowej Gvh oraz poziomej Ghh (αG= Ghh/Gvh). W artykule przedstawiono własny hipersprężysto-plastyczny model konstytutywny uwzględniający zarówno nieliniowość jak i anizotropię sztywności w zakresie małych odkształceń. W modelu tym wykorzystano anizotropową hipersprężystość do opisu sztywności początkowej, system zagnieżdżonych powierzchni plastyczności w przestrzeni odkształcenia do opisu degradacji sztywności (tzw. model Brick) oraz konwencjonalne kryterium wytrzymałości na ścinanie do ograniczenia dewiatorowych stanów naprężenia. Model został zaimplementowany w programie metody elementów skończonych Plaxis w ramach opcji User Defined Soil Model (UDSM). Analizowanym zagadnieniem brzegowo początkowym jest próbny otwarty wykop wykonany w ile oxfordzkim w Elstow, Wielka Brytania. Szeroka baza danych dotyczących niestandardowych badań laboratoryjnych iłu oksfordzkiego zorientowanych, oprócz wyznaczenia parametrów standardowych, na charakterystykę anizotropii sztywności dostępna jest w literaturze. Dokładny opis realizacji wykonanego próbnego wykopu z danymi pozwalającymi na przeprowadzenie własnych analiz wraz z wynikami monitoringu przemieszczeń dostępne są w publikacji Hird&Pierpoint (Geotechnique 47(3), 1997). Umożliwiło to, kalibrację parametrów anizotropowego modelu hipersprężysto-plastycznego i przeprowadzenie analizy wstecz będącej cenną weryfikacją przydatności opracowanego modelu konstytutywnego. Przed wykonaniem symulacji numerycznych próbnego wykopu w Elstow przeprowadzono również serię obliczeń na uproszczonym przykładowym modelu wykopu otwartego w płaskim stanie odkształcenia w celu rozpoznania wpływu czystej anizotropii inherentnej na deformację powstającą podczas odciążenia podłoża gruntowego takim wykopem. Symulację numeryczną wykopu próbnego w Elstow przeprowadzono zarówno w płaskim stanie odkształcenia jak i na modelu przestrzennym. Metoda symulacji odpowiadała podejściu sprzężonemu konsolidacji z równoczesnym uwzględnieniem przepływu wody w gruncie (coupled deformation flow analysis). Warunki czasowe wykonania wykopu próbnego, jak również parametry filtracyjne oraz mechaniczne zalegających gruntów powodują jednak, że przedmiotowe zagadnienie brzegowo-początkowe zachodzi ostatecznie w warunkach bliskich warunkom braku drenażu. Wyniki przeprowadzonych symulacji numerycznych porównano z wynikami monitoringu przemieszczenia. Uzyskano zadowalającą zgodność obliczonego i pomierzonego pola przemieszczenia. Dokładność wyników obliczeń jest jednak zmienna w zależności od obszaru analizowanego zagadnienia. Odpowiednie porównania przedstawiono na rysunkach w artykule.

2

Experimental and numerical analyses on crushing behaviour of drawn cups of laser welded tailored blanks under axial loading

Katiyar Bhupesh Singh, Panda Sushanta Kumar, Saha Partha

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2022

|

Vol. 22, no. 4

art. no. e211, 2022

EN

It is imperative to characterize the crushing behaviour of deep drawn components of tailor welded blanks for their wide applications in different autobody structures. In the present work, extra deep drawing steel sheets were laser welded to produce welded blanks of similar thickness and dissimilar thickness (LWTBs), and these were deformed using a two stage deep drawing setup to fabricate geometrically similar drawn cups consisting of both hemispherical and cylindrical segments. Subsequently, these drawn cups were axially crushed between two flat platens to study collapse modes, load–displacement responses and energy absorption capabilities. The collapse of the drawn cups was found to onset with an inward dimpling of the hemispherical segment. As deformation progressed, the folding of cylindrical section occurred either axisymmetrically or unevenly based on the extent of non-uniform thickness variations across the weld zone (WZ). It was also found that the load–displacement response and energy absorption of the cups were enhanced because of the presence of WZ and thickness difference in LWTBs. Also, finite element-based numerical models were developed to collate the prediction capabilities of three different anisotropic material models viz. Hill48, YLD89, and Stoughton non-associated flow rule (S-NAFR)-based model. All these material models were successfully calibrated to predict the collapse modes, but the S-NAFR model was found to closely predict the load–displacement curves and energy absorption. Furthermore, the assessment of specific energy absorption and crushing force efficiency suggested that lightweight LWTB components can be fabricated with improved crashworthiness performance using sheet materials of different thickness.

3

Investigation of finite element (FE) modelling of composite materials: shell, solid and solid layered composite modelling – comparison of impact on simulation results

Gojny Katarzyna, Dacko Adam

Composites Theory and Practice

|

2021

|

R. 21, nr 1-2

29--39

EN

Composites materials have attracted a great deal of interest for use in various fields e.g. the transport industry, construction, sport equipment and even home applications. This is due to the excellent properties of composite materials such as their high strength/stiffness to mass ratio. Nowadays, finite element (FE) modelling allows investigation of the behaviour of composite materials subjected to loading before the production stage. This paper compares the available ways of FE modelling of composite materials: shell, solid shell and solid layered composite modelling in MSC Patran/Nastran software. The aim of this research work was a comparative analysis and determination of the influence of the applied modelling type on the simulation results. Numerous finite element analyses (FEAs) (tensile and bending) of different narrow plate (resembling a slender, beam-like structural member) structure models were performed, i.e. laminated beam and sandwich beam models, with different layups of layers. The obtained numerical results allow the authors to conclude that shell composite finite element modeling can be considered a practically optimal choice due to reduction of the modelling effort and time, as well as due to obtaining consistent simulation results, especially when having only the basic manufacturer’s set of material constants.

PL

Materiały kompozytowe cieszą się dużym zainteresowaniem w różnych dziedzinach, np. przemysł transportowy, budownictwo, sprzęt sportowy i nawet zastosowania domowe. Wynika to z doskonałych właściwości materiałów kompozytowych, takich jak wysoki stosunek wytrzymałości/sztywności do masy. Obecnie modelowanie metodą elementów skończonych (MES) pozwala na badanie zachowania się materiałów kompozytowych poddanych obciążeniu przed etapem produkcji. W artykule porównano dostępne sposoby modelowania MES materiałów kompozytowych: modelowanie powłokowe, bryłowe i bryłowo-warstwowe w oprogramowaniu MSC Patran/Nastran. Celem pracy badawczej była analiza porównawcza i określenie wpływu zastosowanego modelowania na wyniki symulacji. Przeprowadzono liczne analizy MES (zginanie i rozciąganie) dla różnych modeli wąskiej płyty (przypominającej smukły, belkowy element konstrukcyjny), tj. dla modelu materiału laminatu warstwowego oraz struktury przekładkowej, z różnymi układami warstw. Uzyskane wyniki numeryczne pozwalają stwierdzić, że modelowanie powłokowe materiałów kompozytowych jest praktycznie optymalnym wyborem ze względu na zmniejszenie nakładu pracy i czasu oraz uzyskanie spójnych wyników symulacji, zwłaszcza gdy dysponuje się tylko podstawowym zestawem stałych materiałowych producenta.

4

Modelling of bolts in multi-bolted connections using Midas NFX

Grzejda R.

Technical Sciences / University of Warmia and Mazury in Olsztyn

|

2015

|

nr 18(1)

61--68

EN

In the paper a fragment of research on development of modelling methods of asymmetrical multi-bolted flange connections is presented. The effect of the bolt modelling method in a single bolted joint on both the stiffness characteristics of elements joined in the multi-bolted flange connection and bold forces have been examined. An analysis of the multi-bolted flange connection is carried out for selected models created using the finite element method (FEM). Guidelines for the selection of the bolt modelling method in the case of both the stiffness analysis and the load analysis of multi-bolted flange connections have been pointed out.

5

Numeryczne badanie wpływu obciążenia zewnętrznego na siły w śrubach w połączeniu wielośrubowym

Grzejda R.

Mechanik

|

2015

|

R. 88, nr 12

964--966

PL

Przedstawiono modelowanie i obliczenia połączenia wielośrubowego charakteryzującego się niesymetrycznym rozmieszczeniem śrub. Zaprezentowano fragment badań dotyczących rozwoju metod modelowania tego typu połączeń. Zbadano wpływ sposobu modelowania pojedynczego złącza śrubowego na siły robocze w śrubach podczas zewnętrznego obciążenia połączenia wielośrubowego. Przedstawiono analizę obciążenia połączenia wielośrubowego na przykładzie wybranego modelu utworzonego w konwencji metody elementów skończonych (MES).

EN

The paper deals with modelling and calculations of a multi-bolted joint noted for irregular arrangement of bolts. A fraction of research work on development of the methods of modelling these type of joints is presented. The effect of the method selected to model a single bolted joint on actual forces in the bolts during external loading of the multi-bolted flanged joint is examined. Analysis of the load charged on multi-bolted flange joint for a selected model created by means of the finite element method (FEM) is performed.

6

Vertical vibrations of composite bridge/track structure/high-speed train systems. Part 2: Physical and mathematical modelling

Podworna M., Klasztorny M.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2014

|

Vol. 62, nr 1

181--196

EN

A theory of one-dimensional physical and mathematical modelling of the composite (steel-concrete) bridge/track structure/highspeed train system is developed including viscoelastic suspensions of rail-vehicles with two two-axle bogies each, non-linear Hertz contact stiffness and one-sided contact between wheel sets and rails, the viscoelastic and inertia features of the bridge, the viscoelastic track structure on and beyond the bridge, approach slabs, and random vertical track irregularities. Compared to the state-of-the-art, the physical model developed in the study accurately reproduces dynamic processes in the considered system. Division of the system into the natural subsystems, a method of formulation of the equations of motion partly in implicit form and the finite element method are applied. Vibrations in the vertical plane of symmetry are described by more than nine matrix equations of motion with constant coefficients. Couplings and non-linearity are hidden in the generalized load vectors. The equations of motion are integrated using the implicit Newmark average acceleration method with linear extrapolation of the interactions between the subsystems.

7

Vertical vibrations of composite bridge/track structure/high-speed train systems. Part 1: Series-of-types of steel-concrete bridges

Podworna M., Klasztorny M.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2014

|

Vol. 62, nr 1

165--179

EN

A new series-of-types of single-span simply-supported railway composite (steel-concrete) bridges, with a symmetric platform, has been designed according to the Polish bridge standards. The designed bridges/viaducts are located on the main railways of the classification coefficient k = +2. A ballasted track structure adapted to high operating speeds has also been designed. The ultimate limit states and the limit states corresponding to the bridges undertaken are collected and discussed. The bridges have been designed in accordance with contemporary art engineering, with geometric and material optimization, avoiding overdesign. A new methodology of numerical modelling and simulation of dynamic processes in composite bridge/ballasted track structure/high speed train systems, developed in Part 2 and Part 3, has been applied and implemented in a problem-oriented computer programme. A new approach to predicting forced resonances in those systems is formulated and tested numerically. It has been proved that in the case of typical structural solutions of bridges and ballasted track structures, it is necessary to introduce certain limitations for operating speeds of trains.

8

Numerical modelling of innovative manufacturing processes with induced strain path changes

Muszka K., Madej Ł., Graca P., Majta J.

Journal of Machine Engineering

|

2013

|

Vol. 13, No. 2

59--68

EN

A review of various bulk metal forming processes that take into account influence of strain path changes on material flow is presented in this paper. Particular attention is put on computer aided design of innovative angular accumulative drawing (AAD) operation. Research in the area of development of metal forming processes taken advantage of strain path phenomena is conducted in many scientific laboratories as the strain patch change effect influences many crucial properties of the deformed material. As a result it provides a possibility of forming materials, which are e.g. difficult to form in a conventional manner. Advantages and limitations of the AAD process are summarized and presented in this work. Difficulties in development of the complex rheological model that takes in to account strain path changes in the deformed material are also presented and discussed.

9

Validation of Fe Modeling of Orthogonal Turning Process Using Cowper–Symonds Material Behavior Law

Gyliene V., Ostasevicius V.

Engineering Transactions

|

2013

|

Vol. 61, iss. 4

249–-263

EN

The article contains a literature review, experimental results, and a Finite Element Model (FEM) composition. Orthogonal turning tests were executed in the range of cutting speeds and feed rate, after every test chip was collected. Further investigation was done using FE model validation and experimentation, which uses results of the experimental zone in which the built-up edge did not form and the cutting itself is of even plastic deformation. The essence of this research is that the adequacy of the composed FE model to the real physical process should conform not only to the evaluation of cutting forces, but also to the evaluation of chip form, that is, segmentation frequency.

10

Various approaches to magnetorheological elastomers structures FE modelling

Miedzińska D., Niezgoda T., Boczkowska A.

Journal of KONES

|

2010

|

Vol. 17, No. 1

255-260

EN

Magnetorheological elastomers (MREs) are the materials with rheological properties which can be rapidly and reversibly changed in a continuous way by the applied magnetic field. They are the solid analogues of magnetorheological fluids (MRFs) consisting of magnetically permeable particles (such as iron) added to a viscoelastic polymeric material prior to crosslinking. In the paper different approaches to numerical modelling of the magnetorheological elastomers (MREs) structures are presented. The methods of the MRE micro- and macrostructural FE simulations are taken into consideration. The first approach is connected with the microstructural behaviour of the iron particles situated in the pure elastomer and subjected to the mechanical or magnetic load. The second approach is related to global material properties consideration and macrostructural behaviour modelling. The paper shows that there are many ways of such new materials structure behaviour modelling. All the FE analyses always need to be verified with the experiments as well as for macro- and micro scale material reactions, properties and phenomena describing.

11

Numerical modelling of the foamed materials structures with the usage of the 2D and beam elements

Miedzińska D., Szymczyk W.

Journal of KONES

|

2010

|

Vol. 17, No. 1

267-272

EN

The possible options as materials for protective layers are aluminium foams which become also very popular due to their lightweight and excellent plastic energy absorbing properties. Such characteristics have been appreciated by the automotive industry with continued research to further understandfoam properties. Compressed foaming materials exhibit extensive plastic response, while the initial elastic region is limited in tension by a tensile brittle-failure stress. Aluminium foams have become an attractive material as blast protective layers due to their desirable compressive properties. With different material engineering techniques (as, for example double-layer foam cladding) they can be customized to achieve the most desirable properties. Energy absorption capacity of foams under blast load was analytically confirmed based on a rigid-perfectly plastic-locking foam model. Initial research indicates that energy absorbed by the cladding is much larger than that under quasi-static conditions due to shock wave effect. The methods of numerical modellingfor open and closed cell aluminium foams arepresented in the paper. The numerical models of foam ideal microstructures created with shell and together shell and beam finite elements are shown. The models were developed on the basis of Kelvin tetrakaidecahedrons - structures consisting of six sąuares and eight hexagons. In the case of open cell foams the circle wholes were removed from polyhedron surfaces. Then the numerical analysis o f a created models compressive test was carried out with the usage of MSC.Marc computer code. The nonlinear procedur es were applied. The results were analyzed in the scope of the assessing the behaviour of the open cell aluminium foam unit cell under the compressive load.

12

Modelling creep, ratchetting and failure in structural components subjected to thermo-mechanical loading

Dunne F. P. E., Lin J., Hayhurst D. R., Makin J.

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

2006

|

Vol. 44 nr 3

667-689

EN

Experiments have been described in which copper components have been subjected to combined cyclic thermal and constant mechanical loading. Two thermal cycles were employed leading to predominantly cyclic plasticity damage and balanced creep - cyclic plasticity damage loading cycles. The combined loading led to component ratchetting and ultimately to failure. Continuum damage-based finite element techniques have been developed for combined cyclic plasticity, creep and ratchetting in components subjected to thermo-mechanical loading. Cycle jumping techniques have been employed within the finite element formulation to minimise computer CPU times. The finite element methods have been used to predict the behaviour of the copper components tested experimentally and the results compared. Steady-state ratchet rates were found to be well predicted by the models. Modes of failure and component lifetimes were also found to be reasonably well predicted. The experimental results demonstrate the importance of isotropic cyclic hardening on the initial component ratchetting rates.

PL

W pracy przedstawiono doświadczenia, w których miedziane elementy poddawano złożonym obciążeniom zawierającym cykle termiczne i obciążenia stałe. Zastosowano dwa cykle termiczne prowadzące do uszkodzenia z przewagą cyklicznej plastyczności i zrównoważonego pełzania oraz cykle obciążeń wywołujących uszkodzenie typowe dla cyklicznej plastyczności. Obciążenia złożone wywoływały ratcheting badanych elementów, a w efekcie końcowym zniszczenie. Techniki metody elementów skończonych kontynualnej mechaniki uszkodzeń zostały rozwinięte dla cyklicznej plastyczności w złożonym stanie naprężenia, pełzania oraz ratchetingu w elementach poddawanych obciążeniom termo-mechanicznym. W sformułowaniu metody elementów skończonych, aby zminimalizować czasy centralnego procesora (CPU) komputera, zastosowano techniki skoków cyklicznych. Metody elementów skończonych zastosowano w przewidywaniu zachowania się elementów miedzianych wcześniej badanych doświadczalnie, a otrzymane wyniki porównano. Zaproponowane modele w sposób satysfakcjonujący pozwalają przewidywać prędkości stanu ustalonego ratchetingu. Także przewidywania dotyczące sposobów zniszczenia oraz żywotności badanych elementów są zadowalające. Wyniki doświadczalne pokazują istotny wpływ izotropowego wzmocnienia cyklicznego na początkowe składowe prędkości ratchetingu.

13

Modelling of masonry wall buildings

Pascucci V., Capozucca R.

Archives of Civil Engineering

|

2006

|

Vol. 52, nr 2

379-388

EN

The aim of this work is to describe the response under lateral loading of a masonry building prototype analysed by means of FE linear and nonlinear modelling, comparing the theoretical results with experimental data. A technique for simulating crack development in masonry walls was employed and shear assessments of cross walls were finally carried out, comparing the stress-paths, evaluated in some elements, with the shear criterion of brickwork masonry.

PL

Celem niniejszej pracy jest opis reakcji prototypu budynku murowanego pod obciążeniem bocznym, analizowany przy pomocy modelowania liniowego i nieliniowego FE, porównujący wyniki teoretyczne z danymi eksperymentalnymi. Zastosowano technikę symulacji powstawania rysy w ścianie murowanej oraz przeprowadzono ocenę efektu ścinającego w ścianach poprzecznych, porównując linie naprężeń w niektórych elementach z kryterium ścinania w murowanej ścianie ceglanej.