The plastic deformation behavior of additively manufactured anisotropic structures are analyzed using the finite element method (FEM). Hill’s quadratic anisotropic yield function is used, and a modified return-mapping method based on dual potential is presented. The plane stress biaxial loading condition is considered to investigate the number of iterations required for the convergence of the Newton-Raphson method during plastic deformation analysis. In this study, incompressible plastic deformation is considered, and the associated flow rule is assumed. The modified returnmapping method is implemented using the ABAQUS UMAT subroutine and effective in reducing the number of iterations in the Newton-Raphson method. The anisotropic tensile behavior is computed using the 3-dimensional FEM for two tensile specimens manufactured along orthogonal additive directions.

본 연구는 FRP-콘크리트 합성구조의 휨/전단에 대한 구조적 성능 및 거동 특성을 해석적으로 규명하고자 휨/전단 저항성능에 대해 외연적 유한요소해석을 이용하여 FRP 합성보의 휨/전단파괴거동 해석을 실시하여 기 수행한 실험과 비교분석 하고, 적용된 콘크리트손상소성모델의 각각의 인자들의 영향에 대해 매개분석하고 최적화된 안을 제시하고자 하였다. 기하학적 및 재료적 비선형성 큰 경우 유한요소해석 중 내연적 해석의 경우 수렴에 많은 문제점을 내포함으로 외연적 유한요소 접근법이 보다 합리적임을 수치해석을 통해 보였다. 본 연구의 경우 콘크리트손상소성모델의 여러 인자들에 대한 매개변수 해석을 수행한 결과, 다이레이션각의 경우는 26°, 파괴에너지 값으로 100Nm/m2, 인자 Kc의 값으로는 0.667 그리고 손상계수는 감안하는 것이 합리적이다.

A bond-based peridynamic model has been reported dynamic fracture characteristic of brittle materials through a simple constitutive model. In the model, each bond is assumed to be a simple spring operating independently. As a result, this simple bond interaction modeling restricts the material behavior having a fixed Poisson’s ratio of 1/4 and not being capable of expressing shear deformation. We consider a state-based peridynamics as a generalized peridynamic model. Constitutive models in the state-based peridynamics are corresponding to those in continuum theory. In state-based peridynamics, thus, the response of a material particle depends collectively on deformation of all bonds connected to other particles. So, a state-based peridynamic theory can represent the volume and shear changes of the material. In this paper, the perfect plasticity is considered to express plastic deformation of material by the state-based peridynamic constitutive model with perfect plastic flow rule. The elastic-plastic behavior of the material is verified through the stress-strain curves of the flat plate example. Furthermore, we simulate the high-speed impact on 3D granite model with a nonlocal contact modeling. It is observed that the damage patterns obtained by peridynamics are similar to experimental observations.

p-version 유한요소법에 의한 고정밀해석은 응력특이가 발생하는 선형탄성 문제에 매우 적합한 방법으로 인식되고 있다. 해석 결과의 정확도, 모델링의 단순성, 입력자료에 대한 통용성 및 사용자와 CPU 시간의 절감 등 여러장점이 선형탄성 문제에 적용되어 우수성이 입증되었지만, 탄소성 해석분야는 아직 적용이 이루어지지 않고 있다. 그러므로 본 논문에서는 일-경화재료에 대한 구성방정식을 이용하여 정식화된 증분소성이론과 소성유동법칙에 근거한 재료비선형 p-version 유한요소모델이 제안되었다. 비선형방정식을 풀기 위해 Newton-Raphson법과 초기강성도법 등의 반복법이 모색되었다. 제안된 모델을 이용하여 개구부를 가진 사각형 평판과 내압을 받는 두꺼운 실린더, 그리고 등분포하중을 받는 원판해석 등의 수치실험이 수행되었다. 한편, p-version 모델에 의한 해석결과는 문헌의 이론값과 상용유한요소프로그램인 ADINA의 해석결과와 비교 검증되었다.

콘크리트에 발생하는 변형률 국소화는 연화거동에 수반하여 변형이 국부적으로 집중되는 현상으로 이를 유한요소해석 할 수 있는 일관된 알고리즘을 개발하는 것이 본 연구의 목적이다. 변형률 국소화현상이 발생한 콘크리트는 변형률이 집중되는 국소화영역과 그외의 영역인 비국소화영역으로 크게 구분할 수 있으며 국소화영역에서는 연화현상을 포함하는 탄소성거동을 하게 되며 비국소화영역은 손상제하거동을 수반하게 된다. 변형률 국소화현상이 진행중인 콘크리트의 국소화영역을 모델링하기 위하여 열역학적으로 정식화된 전형적인 소성모델에 콘크리트의 극한응력 이후에 비선형 연화로 표현되는 소성거동을 고려할 수 있는 일반화된 Drucker-Prager모델을 도입하였으며 소성이론식의 적분을 위해 return-mapping 알고리즘을 사용하고 일관된 알고리즘을 전개하였다. 또한, 콘크리트의 비국소화영역의 모델링을 위하여 열역학적 자유에너지함수를 수정하여 비선형 탄성 및 손상의 일관된 알고리즘을 전개하였다. 개발된 알고리즘에 의한 유한요소해석을 통해 압축을 받는 콘크리트 부재의 변형률 국소화 현상을 해석하였다.