In this study, effects of impact loads on reinforced concrete (RC) plates are examined analytically. During examination of RC plates, they were exposed to impact loading with two different support conditions in three different sizes. RC plates in different support conditions were analyzed with Concrete Damage Plasticity Model (CDP) and reinforcing steel was modeled with Classical Metal Plasticity Model (CMP) by ABAQUS finite element software. After the analysis it is found that impact loads, displacements, energy absorption capacities and damage patterns are changed due to support conditions and plate sizes. Results that are obtained from RC plate experiments in literature under impact loads are found to be similar with the results of numerical analysis with CDP material models.
Hybrid composite strut tower was designed to prevent permanent deformation of upper mount by the impact from the uneven road. When exceeding energy absorption capacity of tire and suspension systems, residual impact is delivered to upper mount. Especially, in case of using high-rigidity suspension system for high driving performance, the conventional strut tower can be easily deformed due to reduction of energy absorption capacity of suspension systems. In this study, optimal design of hybrid composite strut tower which made of back-up metal and carbon fiber reinforced composite was suggested by using finite element analysis, and low velocity impact test was performed to investigate their dynamic characteristics. Also, 3D measuring and ultra c-scanning methods were carried out to diagnose damages in the strut towers.
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 design specifications of guard fences in Japan were reexamined and the revised specifications were implemented from April 1999. Because of the huge consumption in time and cost to test the performances of full-scale guard fences in the field, some assumptions are adopted while modifying the design specifications, and numerical analyses are necessary to confirm the impact performance and safety level of new types of steel highway guard fences. In this study, the finite element models are developed for the heavy trucks and steel highway guard fences to reenact their behaviors, and the solution approach is carried out using nonlinear dynamic analysis software of structures in three dimensions (LS-DYNA). The numerical simulation results are compared with the full-scale on-site testing results to verify the proposed analysis procedure. The collision process is simulated and it is also made possible to visualize the movement of the truck and the performances of guard fences. In addition, the energy shift of the truck kinetic energy to the truck and guard fence Internal energy, and the energy absorption of each guard fence component are studied for the development of a new design methodology of steel highway guard fences based on the energy absorption capacity.
Self-Compacting Concrete (SCC) has been originally developed in Japan to offset a growing shortage of skilled labors, is a highly workable concrete, which is not needed to any vibration or impact during casting. The utilizing of fibers in SCC improves the mechanical properties and durability of hardened concrete such as impact strength, flexural strength, and vulnerability to cracking. The purpose of this investigation is to determine the effect of steel fibers on mechanical performance of traditionally reinforced Self-Competing Concrete beams. In this study, two mixes Mix 1% and Mix 2% containing 1% and 2% volume friction of superplasticizer are considered. For each type of mixture, four different volume percentages of 60/30 (length/diameter) fibers of 0.0%, 1.0%, 1.5% and 2% were used. The mechanical properties were determined through compressive and flexural tests. According to the experimental test results, an increase in the steel fibers volume fraction in Mix 1% and Mix 2% improves compressive strength slightly but decreases the workability and other rheological properties of SCC. On the other hand, results revealed that flexural strength, energy absorption capacity and toughness are increased by increasing the steel fiber volume fraction. The results clearly show that the use of fibers improves the post-cracking behavior. The average spacing of between cracks decrease by increasing the fiber volume fraction. Furthermore, fibers increase the tensile strength by bridging actions through the cracks. Therefore, steel fibers increase the ductility and energy absorption capacity of RC elements subjected to flexure.
A hat section was designed and developed for maximum impact energy absorption and/or transmission under low velocity impact. Towards this, different hat sections, having material properties of thermoplastic, were modeled and investigated numerically using finite element analysis (FEA) in the range of 20-50 J impact energy. In the study it was experienced that the design configuration of hat section with curvilinear profile (HSCP) was excellent in energy attenuation capacity and for even distribution of maximum impact force around and along the hat section under low velocity impact loading. To validate the numerical findings, polypropylene copolymer (Co-PP) HSCP and low density polyethylene (LDPE) HSCP were developed and evaluated experimentally in the said impact energy range. A correlation was established between FEA and experimental test results, thereby, validating a numerical model to predict results for other thermoplastic materials under given range of impact energy. The LDPE HSCP exhibited better performance as compared to Co-PP HSCP in the said range of impact energy. The findings of this study will enable the engineers and technologists to design and develop low velocity impact resistance devices for various applications including devices to protect bone joints.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.1
no.3
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pp.118-126
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1993
Static and dynamic crushing behaviors of composite box tube show the difference with those of metal tube. This paper investigates the characteristics of static and dynamic crushing test which were conducted to characterize the energy absorption and collapse mode of composite box tubes. Sixteen kinds of tube specimens were fabricated from[0/90] woven Glass/Epoxy fabric and autoclave cured. Axial crushing tests were performed using Instron and Dynatup Impact Tester. It is shown that collapse mode and energy absorption capacity can vary according to the aspect ratio, length, loading rate, lay-up direction of fabric, and trigger geometry of the composite box tube.
Ultra-high performance fiber reinforced concrete (UHPFRC) is a composite building material with high ductility, fatigue resistance, fracture toughness, durability, and energy absorption capacity. The aim of this study is to develop a nonlinear finite element model that can simulate the response of the UHPFRC beam exposed to impact loads. A nonlinear finite element model was developed in ABAQUS to simulate the real response of UHPFRC beams. The numerical results showed that the model was highly successful to capture the experimental results of selected beams from the literature. A parametric study was carried out to investigate the effects of reinforcement ratio and impact velocity on the response of the UHPFRC beam in terms of midpoint displacement, impact load value, and residual load-carrying capacity. In the parametric study, the nonlinear analysis was performed in two steps for 12 different finite element models. In the first step, dynamic analysis was performed to monitor the response of the UHPFRC beam under impact loads. In the second step, static analysis was conducted to determine the residual load-carrying capacity of the beams. The parametric study has shown that the reinforcement ratio and the impact velocity affect maximum and residual displacement value substantially.
Reinforced concrete (RC) does not provide sufficient resistance against impacts and blast loads, and the brittle structure of RC fails to protect against fractures due to the lack of shock absorption. Investigations on improving its resistance against explosion and impact have been actively conducted on high-performance fiber-reinforced cementitious composites (HPFRCCs), such as fiber-reinforced concrete and ultra-high-performance concrete. For these HPFRCCs, however, tensile strength and toughness are still significantly lower compared to compressive strength due to their limited fiber volume fraction. Therefore, in this study, the tensile behavior of slurry-infiltrated fiber-reinforced cementitious composites (SIFRCCs), which can accommodate a large number of steel fibers, was analyzed under static and dynamic loading to improve the shortcomings of RC and to enhance its explosion and impact resistance. The fiber volume fractions of SIFRCCs were set to 4%, 5%, and 6%, and three strain rate levels (maximum strain rate: 250 s-1) were applied. As a result, the tensile strength exceeded 15 MPa under static load, and the dynamic tensile strength reached a maximum of 40 MPa. In addition, tensile characteristics, such as tensile strength, deformation capacity, and energy absorption capacity, were improved as the fiber volume fraction and strain rate increased.
Composites have wide applications in aerospace vehicles and automobiles because of the inherent flexibility in their design lot improved material properties. Composite tubes in particular, are potential candidates for their use as energy absorbing elements in crashworthiness applications due to their high specific energy absorbing capacity and the stroke efficiency. Their failure mechanism however is highly complicated and rather difficult to analyze. This includes fracture in fibers, in the matrix and in the fiber-matrix interface in tension, compression and shear. The purpose of this study is to investigate the energy absorption characteristics of Gr/E(Graphite/Epoxy) tubes on static and impact tests. The collapse characteristics and energy absorption of a variety of tubes have been examined. Changes in the lay-up which increased the modulus increased the energy absorption of the tubes. Based on the test results, the following remarks can be made: Among CA15, CA00 and CA90 curves the CA90 tube exhibits the highest crush load throughout the whole crush process, and max load increases as interlaminar number increase. Among all the tubes type CC90 has the largest specific crushing stress of 52.60 kJ/kg which is much larger than other tubes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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