Novel 2D strain-rate-dependent lamina-based and RVE/phase-based progressive fatigue damage criteria for randomly loaded multi-layer fiber-reinforced composites

Two implicit progressive fatigue damage models that rely on new equivalent-damage and equivalent-stress criteria are presented for the prediction of various failure modes of the composites. The criteria are coupled with lamina-based and representative-volume-element-based damage progression approaches. The common concepts of residual strength and residual stiffness are revisited and modified. A fatigue life assessment algorithm that incorporates the strain-rate-dependence of the fatigue strengths and stiffnesses, and random and asynchronous changes of the stress components, distinct mean values, and phase shifts of the stress components is employed. New ideas and new post-processing procedures are employed in the current research. It is the first time that the significant impacts of the strain-rate-dependence of the properties of the composites on stress and fatigue life analyses are investigated. Results of the proposed fatigue criteria are first implemented to a composite plate with a complex lamination scheme under a random transverse load and the predicted fatigue lives are verified by the experimental results. Then, these criteria are implemented to a composite chassis frame of an SUV car under realistic random road inputs and the theoretical results are verified by the experimental results. Results confirm the significant role of the strain-rate-dependence effects on the fatigue lives

Brain Tissue Response Analysis Based on Several Hyperelastic Models, for Traumatic Brain Injury Assessment

Abstract Numerous geometrically simplified models may be found in literature for simulation of the traumatic brain injuries due to the increased intracranial pressure caused by sever translational accelerations of the brain inside the cranium following the impact waves. Some researchers have used more accurate models but employed specific hyperelastic material models. No research has presented a comprehensive comparison among results of various geometric and hyperelasticity models, so far. In the present research, two distinct finite element models and four hyperelastic constitutive models (i.e., polynomial, Yeoh, Arruda-Boyce, and Ogden models) are employed to accomplish the mentioned task. Therefore, the motivation is checking accuracy of the modeling procedure and discussing the results according the traumatic brain injury criteria. In this regard, a realistic skull-brain model is reconstructed in CATIA software based on the MRI scans and employed for optimized mesh generation in HYPERMESH finite element software. Influence of the contact and nonlinear characteristics of the brain tissue are considered in simulation of the relative motions in LS-DYNA finite element code. Time histories of the accelerations and the pressures (von Mises stresses) are derived from ANSYS finite element analysis code. Finally, the responses are discussed based on the available traumatic brain injury criteria and tolerances. Comparisons made with the available experimental results for the four hyperelastic constitutive equations confirm that employing Arruda-Boyce or Ogden models may lead to inaccurate or even erroneous results. On the other hand, the polynomial model is the most accurate model but underestimates the injury probability and may be used with care

Theoretical and Experimental Evaluation of Performance of a CNG Engine and the Pistons Fatigue Lives Employing Modified Fatigue Criteria

Представлена систематизированная методика теоретической оценки рабочих характеристик газового двигателя внутреннего сгорания и параметров усталостного разрушения его поршней и выполнена ее экспериментальная верификация путем натурных испытаний двигателя. Методика включает в себя моделирование процессов внутреннего сгорания и теплопередачи, кинематический и динамический анализы движущихся частей двигателя, анализ переходного термоупругого процесса и усталостного разрушения при комплексном термомеханическом нагружении. Расчетные значения давления и температуры для различных углов поворота кривошипно-шатунного механизма хорошо согласуются с экспериментальными данными. Результаты расчета характеристик теплопередачи подтверждаются данными экспериментальных измерений с помощьютермодатчиков Templugs. Движущаяся система считается не дискретной, а непрерывной с точно моделируемыми нелинейными многоточечными контактными реакциями. При расчетах усталостной долговечности используются модифицированные критерии Мак-Диармида и Финдли для многоцикловой усталости, предложенные одним из авторов этой работы. Выполнена их верификация с помощью экспериментальных данных. Методика может использоваться для оценки целесообразности преобразования бензинового двигателя в газовый. Расчетные данные о различных усталостных характеристиках, полученные при термомеханическом нагружении, подтверждают точность предложенных критериев усталости и показывают, что срок службы поршня двигателя внутреннего сгорания существенно уменьшается, если вместо бензина используется природный газ.Представлено систематизовану методику теоретичної оцінки робочих характеристик газового двигуна внутрішнього згоряння і параметрів утомного руйнування його поршнів та виконано її експериментальну верифікацію шляхом натурних випробувань двигуна. Методика включає моделювання процесів внутрішнього згоряння і теплопередачі, кінематичний і динамічний аналізи рухомих частин двигуна, аналіз перехідного термопружного процесу й утомного руйнування при комплексному термомеханічному навантаженні. Розрахункові значення тиску і температури для різних кутів повороту кривошипношатунного механізму добре узгоджуються з експериментальними даними. Результати розрахунку характеристик теплопередачі підтверджуються даними експериментальних вимірювань за допомогою термодатчиків Templugs. Рухома система вважається не дискретною, а неперервною з точно модельованими нелінійними багатоточковими контактними реакціями. При розрахунках утомної довговічності використовуються модифіковані критерії Мак Діарміда і Фіндлі для багатоциклової утоми, запропоновані одним з авторів работи. Виконано їх верифікацію за допомогою експериментальних даних. Методику можна використовувати для оцінки доцільності перетворення бензинового двигуна в газовий. Розрахункові дані щодо різних утомних характеристик, отримані в умовах термомеханічного навантаження, підтверджують точність запропонованих критеріїв утоми і показують, що термін служби поршня двигуна внутрішнього згоряння суттєво зменшується, якщо замість бензину використовувати природний газ