This paper presents a numerical study on the performance of reinforced concrete (RC) bridge structures subjected to heavy goods vehicle (HGV) collision. The objectives of this study are to investigate the dynamic response and failure modes of different types of bridges under impact loading as well as to give an insight into the simplified methods for modeling bridge structures. For this purpose, detailed finite-element models of HGV and bridges are established and verified against the full-scale collision experiment and a recent traffic accident. An intensive parametric study with the consideration of vehicle weight, vehicle velocity, structural type, simplified methods for modeling bridges is conducted; then the failure mode, impact force, deformation and internal force distribution of the validated bridge models are discussed. It is observed that the structural type has a significant effect on the force-transferring mechanism, failure mode and dynamic response of bridge structures, thus it should be considered in the anti-impact design of bridge structures. The impact force of HGV is mainly determined by the impact weight, impact velocity and contact interface, rather than the simplification of the superstructure. Furthermore, to reduce the modeling and computing cost, it is suggested to utilize the simplified bridge model considering the inertial effect of the superstructure to evaluate the structural impact behavior within a reasonable precision range.
In this paper, the contact force between two colliding bodies is modeled by using Hertz's force-displacement law and nonlinear damping function. In order to verify the appropriateness of the proposed contact force model, the drop type impact test is carried out for different impact velocities and different materials of the impacting body, such as rubber, plastic and steel. In the drop type impact experiment, six photo interrupters in series close to the collision location are installed to measure the velocity before impact more accurately. The characteristics of contact force model are investigated through experiments. The parameters of the contact force model are estimated using the optimization technique. Finally the estimated parameters are used to predict the impact force between two colliding bodies in opening action of the magnetic contactor, a kind of switch mechanism for switching electric circuits.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.8
no.4
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pp.177-185
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2000
The deformation characteristics is one of the major factors to resume the crash configuration in collision accident reconstruction. Crash analysis are carried out using finite element method and body stiffness equations representing force-deformation relationship are derived, Two different crash conditions : 1) frontal barrier impact 2) frontal impact between cars are given for the derivation of the equations. The stiffness coefficient of equation by method 2) is larger than that by method. 1). Crash analysis between two vehicles is accomplished with three crash angles and three velocities for each angle condition. The deformations are measured for six selected points and deformation energies are calculated using the derived equations. Equation by method 2) results in better estimation of deformation energy than that by method 1) for all crush configurations. The estimated energies can be utilized as one of indices to identify the type of the collision accident result.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.20
no.4
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pp.49-58
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2003
In this study, the equation of motion of impacting elastic structures was derived through the theory, and the shape control of impact force using correlations of the dynamic characteristics and impact force history between two elastic structures was accomplished. Through numerical analysis and experiments, the classical contact mechanisms were verified, and the effects of the relative motion between impactor and elastic structure on the impact force shape were studied, and then the shape change of impact force depending on the impact position and mode shape of cantilever beam were analyzed. The 2-DOF impactor was designed and used. Reconstruction characteristics of impact force in cantilever beam were reviewed .
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2008.11a
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pp.646-649
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2008
This study deals with mechanism of relay operation and modeling of transfer function between impact force and sound pressure due to the impact force in order to reduce relay noise. A collision between a moving-contact and fix-contact produces impact noise. Therefore impact noise of relay is determined by not only excitation force but also transfer function from impact force to noise. In this study, we find mechanism of relay operation, make impact force model and measure characteristic of relay noise. And also we find transfer function of relay noise.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2008.04a
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pp.383-388
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2008
A modeling method for the impact analysis of plate structures employing Hertzian contact theory is presented in this paper. Since local deformation as well as bending deflection of the plate occurs due to the collision, it has to be considered for the impact analysis. When the coefficient of restitution is employed for the impact analysis, the local deformation is not considered. For more accurate and reliable impact analysis, however, the local deformation should be considered. The effects of the location of collision and the collision mass on the impact duration time and the contact force magnitude are investigated through numerical studies employing Hertzian contact theory.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.10
no.3
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pp.367-375
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2018
The present paper considers the contact between energy-saving device of ice-class vessel and ice block. The main objective of this study is to clarify the tendency of the ice impact force and the structural response as well as interaction effects of them. The contact analysis is performed by using LS-DYNA finite element code. The main collision scenario is based on Finnish-Swedish ice class rules and a stern duct model is used as an energy-saving device. For the contact force, two modelling approaches are adopted. One is dynamic indentation model of ice block based on the pressure-area curve. The other is numerical material modelling by LS-DYNA. The authors investigated the sensitivity of the structural response against the ice contact pressure, the interaction effect between structure and ice block, and the influence of eccentric collision. The results of these simulations are presented and discussed with respect to structural safety.
In this study, the impact analysis for the steel fender system that designed for protection of collision between vessel and bridge was performed The size of objective collision vessel assumed as 3000 dead weight tonnage(DWT). The impact forces and the impact energies were estimated by formulas of several design codes, and the steel fender system was designed based on the estimated forces and energy. The bow of objective vessel was modeled as rigid body, and bridge substructure was modeled as fixed support. Since, the impact analysis have the dynamic nonlinear features, such as, material nonlinear, large deformation and contact, explicit structural analysis program was used The analysis results presented that the impact forces formulas in codes have the sufficient conservativeness.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2004.04a
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pp.169-176
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2004
Offshore structure crossing navigation waterways must not only be designed to resist gravity, wind, and earthquake load, but also be capable of resisting ship and barge collision load. Current specifications for offshore structure design provide empirical relationships for computing impact loads generated during barge collision, however, these relationships are based on the limited experimental data. In this paper, the dynamic finite element analysis is used to computing force for vessel collision scenarios to offshore structures. Results obtained from the ANSYS/LS-DYNA are compared to AASHTO bridge design specifications.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2004.04a
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pp.193-200
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2004
In this study, the impact load on bridge by vessel collision in consideration of fender system is evaluated by numerical method. The bow of object vessel(DWT5000) is standardized, and modeled by shell elements. The main body of objective vessel is modeled by beam elements that present mass distribution and stiffness of vessel. The buoyancy effect of vessel is considered as linear spring. The two types of fender systems, such as steel and rubber are analyzed in this study. In steel fender system, the steel plates that absorb collision energy by its collapse are modeled by shell element with stiffener. The steel is material modeled elastic-plastic material. In the rubber fender system, the rubber material is modeled hyper-elastic material and the main body of fender is modeled by solid elements. The global impact responses of vessel and fender system are evaluated by explicit dynamic scheme. The results show that the magnitude of vessel collision force are depended on the material behavior of fender system. Also the values of collision load are conservative compare to the those of design codes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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