A theoretical energy-based model to capture the mechanical response of thick woven composite laminates, which are used in such applications as maritime or aerospace, to high-velocity impact was developed. The dependences of the impact phenomenon on material and geometrical parameters were analysed making use of the Vaschy-Buckingham Theorem to provide a non-dimensional framework. The model was divided in three different stages splitting the physical interpretation of the perforation process: a first where different dissipative mechanisms such as compression or shear plugging were considered, a second where a transference of linear momentum was assumed and a third where only friction took place. The model was validated against experimental data along with a 3D finite element model. The numerical simulations were used to validate some of the new hypotheses assumed in the theoretical model to provide a more accurate explanation of the phenomena taking place during a high-velocity impact.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.10
no.4
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pp.181-191
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2002
The homogenization method is applied to maximize crash energy absorption for a given volume. Optimization analysis off closed-hat type example problem is conducted with different impact velocities and thicknesses. The results show that the bending-type deformation for the original design is changed to the folding-type deformation for a new design with a hole, which is partly due to the increase of the crash energy absorption for the new design. Dynamic mean crushing loads of the original and new design are compared with those by the theoretical equation by Wierzbicki. It shows that the dynamic mean crushing loads of new designs are very close to those by Wierzbicki's equation.
Mechanical and impact properties of stitched S2 glass fiber reinforced polyester woven laminates composites have been studied. Laminates were stitched using Kevlar 49 thread with 1/2, 1, and 2 inch stitch spacing. Tensile and 3-point bending tests haute been performed to evaluate the mechanical properties of stitched and unstitched laminates. Impact tests at applied energy of 234.7J were performed to examine the impact behavior and toughness changes of the specimen. The same specimens were also tested repeatedly at low impact energy level of 110.2J for 3 times to evaluate damage tolerance properties. The tensile and 3-point bending test results showed that one inch spacing specimen had the highest tensile and flexural strength. It also showed the highest energy absorption capability and the best damage tolerance property at the repeated impact test. The half inch spacing specimen showed the lowest tensile strength and energy absorption property at the impact energy level of 234.7J, even though it had the highest frequency of stitching thread.
Steel corrosion induces structural deterioration of concrete-filled steel tubes (CFSTs), and any potential extreme action on a corroded CFST would pose a severe threat. This paper presents a comprehensive investigation on the lateral impact behaviour of CFSTs suffering from localised pitting corrosion damage. A refined finite element analysis model is developed for the simulation of locally corroded CFSTs subjected to lateral impact loads, which takes into account the strain rate effects on concrete and steel materials as well as the random nature of corrosion pits, i.e., the distribution patterns and the geometric characteristics. Full-range nonlinear analysis on the lateral impact behaviour in terms of loading and deforming time-history relations, nonlinear material stresses, composite actions, and energy dissipations are presented for CFSTs with no corrosion, uniform corrosion and pitting corrosion, respectively. Localised pitting corrosion is found to pose a more severe deterioration on the lateral impact behaviour of CFSTs due to the plastic deformation concentration, the weakened confinement and the reduction in energy absorption capacity of the steel tube. An extended parametric study is then carried out to identify the influence of the key parameters on the lateral impact behaviour of CFSTs with localised pitting corrosion. Finally, simplified design methods considering the features of pitting corrosion are proposed to predict the dynamic flexural capacity of locally pitted CFSTs subjected to lateral impact loads, and reasonable accuracy is obtained.
The low velocity impact characteristics of composite laminate curved beams are investigated to increase damage tolerance and reduce the deflection. Drop weight impact tests of the composite curved beam were performed with respect to pre-load, then the damage after impact was measured by macrography. Also, finite element analyses were performed using ABAQUS to investigate the stress state of composite curved beam with respect to pre-load and impact. From the investigation, it was found that pre-load of the composite curved beams had much influence on impact damage of the curved beam, which showed good agreement with the experiment results.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.25
no.8
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pp.80-87
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2008
This paper investigated into the impact characteristics of the stainless sheet with thickness of 0.7 mm on the stretching boundary condition through three-dimensional finite element analysis. High speed tensile tests were carried out to obtain strain-stress relationships with the effects of the strain rate. The FE analysis was performed by the ABAQUS explicit code. In order to improve an accuracy of the FE analysis, the hyper-elastic model and the damping factor were introduced. Through the comparison of the results of the FE analyses and those of the impact tests, a proper FE model was obtained. The results of the FE analyses showed that the absorption rate of energy maintains almost 82.5-83.5% irrespective of the impact energy level and the diameter of the impact head. From the results of FE analyses, variations of stress, strain, dissipation energy, strain energy density, and local deformation characteristics in the stainless sheet during the collision and the rebound of the impact head were quantitatively examined. In addition, it was shown that the fracture of the specimen occurs when the plastic strain is 0.42 and the maximum value of the plastic dissipation energy of the specimen is nearly 1.83 J.
This paper presents a study on the low velocity impact response of the woven fabric laminates for the hybrid composite bodyshell of a tilting railway vehicle. In this study, the low velocity impact tests for the three laminates with size of $100mm\times100mm$ were conducted at three impact energy levels of 2.4J, 2.7J and 4.2J. Based on the tests, the impact force, the absorbed energy and the damaged area were investigated according to the different energy levels and the stacking sequences. The damage area was evaluated by the visual inspection and the C-scan device. The test results show that the absorbed energy of [fill]8 laminate is highest whereas (fill2/warp2)s is lowest. The [fill]8 laminate has the largest damage area because of the highest impact energy absorption.
In comparison to metal alloys, braided composite features a high impact resistance and crash energy absorption potential, and also it still remained competitive stiffness and strength properties. Braiding angle is one of the most important parameters which affect the mechanical behaviors of braided composite. This paper presents transverse low velocity impact failure behavior analysis on the carbon 3D triaxial braided composite tube with the braiding angle of $20^{\circ}$, $50^{\circ}$ and $80^{\circ}$. The flexural behaviour of 3D triaxial braided composite tube under bending loads was studied by conducting quasistatic three point bending test. Also, the low velocity impact responses of the braided composite tubes were also tested to obtain load-displacement curves and energy absorption. Consequently, the increase of the braided angle, the peak load also increases owing to the bigger bending stiffness.
Journal of the korean Society of Automotive Engineers
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v.15
no.5
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pp.15-21
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1993
본 연구에서는 자동차 차체의 경량화 방안으로서 섬유강화 복합재료를 이용한 충격흡ㅅ수 구조재인 Side Member(측면부재)의 응용을 위한 시뮬레이션용 Box Tube의 충돌에너지 흡수특성 및 거동에 대해서 기존 금속 측면부재와 비교하여 논의해 보고자 한다. 1. 금속 충돌흡수 부재의 붕괴거동. 2. 복합재료 충격흡수부재의 붕괴거동.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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