In this study, the axial collapse tests were performed under either static (or quasi-static) or impact loads with several collapse velocities based on the expectation that para-closed sections of the front-end side members (spot welded hat and double hat shaped section members) would show quite different collapse characteristics from those for seamless section. The test results showed that both of the hat and double hat shaped section members failed in the stable sequential collapse mode in the static or quasi-static collapse tests, while the double hat shaped section members underwent the unstable collapse mode especially when the impact velocity is high. The mean collapse loads in the hat shaped section members increase with collapse velocity for all the cases of the static, quasi-static, and impact collapse tests. In the double hat shaped section members, however, the mean collapse loads decrease with increase in collapse velocity in the impact tests.
The hat shaped section members, spot welded strength resisting structures are the most energy absorbing ones of automobile components during the front-end collision. Under the static axial collapse load in velocity of 10mm/min and quasi-static collapse load in velocity of 1000mm/min, the collapse characteristics of the hat shaped section and double hat shaped section member have been analyzed by axial collapse tests with respect to the variations of spot weld pitches on the flanges. In addition, the quasi-static collapse simulations have been implemented in the same condition to the experiment's using FEM package, LS-DYNA3D. The simulated results have been verified in comparison with these from the quasi-static axial collapse tests. With the computational approaches the optimal energy absorbing structures can be suggested. Simulations are so helpful that the optimized data be supplied in designing vehicles in advance.
This paper is to investigate collapse mechanisms of CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics)composite tubes and to evaluate collapse characteristics on the change of interlaiminar number and ply orientation angle of outer under static and impact axial compression loads. When a CFRP composite tube is crushed, static/impact energy is consumed by friction between the loading plate and the splayed fronds of the tube, by fracture of the fibers, matrix and their interface. These are associated with the energy absorption capability. In general, CFRP tube with 6 interlaminar number(C-type), absorbed more energy than other tubes(A, B, D-types). The maximum collapse load seemed to increase as the interlaminar number of such tubes increases. The collapse mode depended upon orientation angle of outer of CFRP tubes and loading status(static/impact). Typical collapse modes of CFRP tubes are wedge collapse mode, splaying collapse mode and fragmentation collapse mode. The wedge collapse mode was shown in case of CFRP tubes with 0° orientation angle of outer under static and impact loadings. The splaying collapse mode was shown in only case of CFRP tubes with 90°orientation angle of outer under static loadings, however in Impact tests those were collapsed in fragmentation mode .
The object of this paper is to investigate collapse characteristics of CF/Epoxy(Carbon Fiber/Epoxy resin) composite tubes on the change of interlaminar number and fiber orientation angle of outer and to evaluate reappearance of collapse characteristics on the change of tension strength of fibers under static and impact axial compression loads. When a CF/Epoxy composite tube is mushed, static/impact energy is consumed by friction between the loading plate and the splayed fiends of the tube, by fracture of the fibers, matrix and their interface. In general, CF/Epoxy tube with 6 interlaminar number(C-type) absorbed more energy than other tubes(A, B, D-types). The maximum collapse load seemed to increase as the interlaminar number of such tubes increases. The collapse mode depended upon orientation angle of outer of CF/Epoxy tubes and loading status(static/impact). Typical collapse modes of CF/Epoxy tubes are wedge collapse mode, splaying collapse mode and fragmentation collapse mode. The wedge collapse mode was shorn in case of CF/Epoxy tubes with 0$^{\circ}$ orientation angle of outer under static and impact loadings. The splaying collapse mode was shown in only case of CF/Epoxy tubes with 90$^{\circ}$ orientation angie or outer under static loadings, however in impact tests those were collapsed in fragmentation mode. So that CF/Epoxy tube with 6 interlaminar number and 90$^{\circ}$ outer orientation angle presented to the optimal collapse characteristics.
In this study, collapse test of thin-walled structure is performed under axially quasi-static and impact load in collapse characteristic to develop the optimum structural member for a light-oriented automobile. Furthermore, the energy-absorbing capacity is observed according to the variety of configuration(circular, square), aspect ratio in aluminum specimen to obtain basic data for the improved member of vehicle. In both quasi-static and impact collapse test, Al circular specimens collapse, in general, with axisymmetric mode in case of thin thickness while collapse with non-axisynmetric mode according to the thickness increase. For Al rectangular specimens, they collapse with axisymmetric mode in case of thin thickness, with mixed collapse mode according to the increase of thickness. In terms of initial max. load, Al square specimen turns out the best member among specimens, and then Al square, circular and circular with large scaling ratio, respectively. In case of quasi-static compression test, the absorbed energy per unit volume and mass shows higher in Al circular specimen, and then Al square, circular with large scaling ratio, respectively, according to shape ratio the absorbed energy per unit volume and mass in case of max. impact compression load is higher than that of static load. But the absorbed energy per unit volume and mass shows that Al circular specimen is the best member. Especially, unlike max. compression loan, the absorbed energy per unit volume and mass in impact test turns out the low value.
In this paper the progressive collapse potential of building structures designed for real construction projects were evaluated based on arbitrary column removal scenario using various alternate path methods specified in the GSA guidelines. The analysis model structures are a 22-story reinforced concrete moment frames with core wall building and a 44-story interior concrete core and exterior steel diagrid structure. The progressive collapse resisting capacities of the model structures were evaluated using the linear static, nonlinear static, and nonlinear dynamic analyses. The linear static analysis results showed that progressive collapse occurred in the 22-story model structure when an interior column was removed. However the structure turned out to be safe according to the nonlinear static and dynamic analyses. Similar results were observed in the 44-story diagrid structure. Based on the analysis results, it was concluded that, compared with nonlinear analysis procedures, the linear static method is conservative in the prediction of progressive collapse resisting capacity of building structure based on arbitrary column removal scenario.
The front-end side members of automobiles, such as the hat-shaped section member, absorb most of the energy during the front-end collision. The side members absorb more energy in collision if they have higher strength and stiffness, and stable folding capacity (local buckling). Using the above characteristics on energy absorption, vehicle should be designed light-weight to improve fuel combustion ratio and reduce exhaust gas. Because of their specific strength and stiffness, CFRP are currently being considered for many structural (aerospace vehicle, automobiles, trains and ships) applications due to their potential for reducing structural weight. Although CFRP members exhibit collapse modes that are significantly different from the collapse modes of metallic materials, numerous studies have shown that CFRP members can be efficient energy absorbing materials. In this study, the CFRP side members were manufactured using a uni-directional prepreg sheet of carbon/Epoxy and axial static collapse tests were performed for the members. The collapse mode and the energy absorption capability of the members were analyzed under the static load.
Many experimental and analytical studies have been conducted with beam-column subassemblages composed of a two-span beam to investigate the progressive collapse resistance of RC frames. Most study results reveal a strength-decreased transition phase in the nonlinear static load-deflection curve, which may induce dynamic snap-through response and increase the chord rotation demand for effective catenary action (ECA). In this study, the nonlinear static response is idealized as a piecewise linear curve and analytical pseudo-static response is derived for each linearized region to investigate the rotation demands for the ECA of the two-span RC beams. With analytical parameters determined from several published test results, numerical analysis results indicate that the rotation demand of 0.20 rad recommended in the design guidelines does not always guarantee the ECA. A higher rotation demand may be induced for the two-span beams designed with smaller span-to-depth ratios and it is better to use their peak arch resistance (PAR) as the collapse strength. A tensile reinforcement ratio not greater than 1.0% and a span-to-depth ratio not less than 7.0 are suggested for the two-span RC beams bridging the removed column if the ECA is expected for the collapse resistance. Also, complementary pseudo-static analysis is advised to verify the ECA under realistic dynamic column loss even though the static PAR is recovered in the nonlinear static response. A practical empirical formula is provided to estimate an approximate rotation demand for the ECA.
Design of safe structures with resistance to progressive collapse is of paramount importance in structural engineering. In this paper, an efficient optimization technique is used for optimal design of steel moment frames subjected to progressive collapse. Seismic design specifications of AISC-LRFD code together with progressive collapse provisions of UFC are considered as the optimization constraints. Linear static, nonlinear static and nonlinear dynamic analysis procedures of alternate path method of UFC are considered in design process. Three design examples are solved and the results are discussed. Results show that frames, which are designed solely considering the AISC-LRFD limitations, cannot resist progressive collapse, in terms of UFC requirements. Moreover, although the linear static analysis procedure needs the least computational cost with compared to the other two procedures, is the most conservative one and results in heaviest frame designs against progressive collapse. By comparing the results of this work with those reported in literature, it is also shown that the optimization technique used in this paper significantly reduces the required computational effort for design. In addition, the effect of the use of connections with high plastic rotational capacity is investigated, whose results show that lighter designs with resistance to progressive collapse can be obtained by using Side Plate connections in steel frames.
The front-end side members of automobiles absorb most of the energy in a case of front-end collision. The front-end side members are required to have a high stiffness together with easiness to collapse sequentially to absorb more impact energy. The axial static collapse test (5mm/min) was conducted by using UTM for form different types of members which have different cross section shapes; single hat, single cap, double cap, and double hat. The single hat shaped section member has the typical standard section, which the double hat shape section has a symmetry in the center to have more stiffness. As a result of the test, the energy absorbing characteristic was analyzed for different section shapes. It turned out that the change of section shape influence the absorbing energy, the mean collapse load and the maximum collapse load, and the relation between the change of section shape and the collapse mode.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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