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.25
no.3
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pp.374-379
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2017
In vehicle to pedestrian accidents, cracks occur in the vehicle laminated glass due to impact of a pedestrian's head. In this study, FMH(Free Motion Headform) was used to experiment on and analyze the crack patterns on a vehicle laminated glass that collides with an adult headform at speeds of 20 km/h, 30 km/h, and 40 km/h, respectively. Applying the acquired experimental data and material property of the vehicle laminated glass to the structural analysis program LS-Dyna, we could develop the FE model of vehicle laminated glass similar to real vehicle laminated glass. We could estimate the head impact velocity and pedestrian's vehicle impact velocity using the Madymo program.
Following a loss of control, the impact against a road barrier in a turn predominates among the most severe motorcyclist accidents. These road restraint devices can be equipped with a motorcycle screen, the function of which is to restrain the rider and minimize the consequences of the impact in terms of the severity of injuries. The performance of these screens is evaluated by the European normative procedure EN1317-8, which specifies the test conditions, based on one or two configurations. In practice, however, these impact conditions are very diverse, difficult to extrapolate from accident analysis and therefore poorly investigated. This study is interested in improving knowledge of these impact conditions in terms of impact speed, impact angle and particularly position of the rider. A finite element model has been developed to simulate the dynamic behavior of the rider from loss of control to impact on the screen. Statistical analysis of the results shows a high variability of the impact conditions, in particular with regard to the direction of turn (to the right or to the left). Some improvements are suggested in order to overcome the limitations inherent in standard procedures.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.5
no.2
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pp.227-245
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2013
Reliable strength assessment of the Liquefied Natural Gas (LNG) cargo containment system under the sloshing impact load is very difficult task due to the complexity of the physics involved in, both in terms of the hydrodynamics and structural mechanics. Out of all those complexities, the proper selection of the design sloshing load which is applied to the structural model of the LNG cargo containment system, is one of the most challenging one due to its inherent randomness as well as the statistical analysis which is tightly linked to the design sloshing load selection. In this study, the response based strength assessment procedure of LNG cargo containment system has been developed and proposed as an alternative design methodology. Sloshing pressure time history, measured from the model test, is decomposed into wavelet basis function targeting the minimization of the number of the basis function together with the maximization of the numerical efficiency. Then the response of the structure is obtained using the finite element method under each wavelet basis function of different scale. Finally, the response of the structure under entire sloshing impact time history is rapidly calculated by synthesizing the structural response under wavelet basis function. Through this analysis, more realistic response of the system under sloshing impact pressure can be obtained without missing the details of pressure time history such as rising pattern, oscillation due to air entrapment and decay pattern and so on. The strength assessment of the cargo containment system is then performed based on the statistical analysis of the stress peaks selected out of the obtained stress time history.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.11
no.7
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pp.2341-2348
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2010
In this paper, strain and stress on space frame are analyzed at racing car under crash loads. As the deformation is reduced to a minimum during crash and the vulnerable parts are grasped, the safety of driver is ensured. The vehicle frame is modelled with truss structure by inputting the material property of carbon steel on finite element analysis. The increase of impulse momentum is due to speed change at frontal collision. This influence effected on vehicle frame is also analyzed by ANSYS program. The deformation of the frame is studied by applying the crash loads at front, side and rear directions. Though the influence on the seat of driver is small at frontal and rear crash, the deformation due to impact is progressed into this seat. The safety of frame is enhanced by making up for these weak deformations and these results of simulation analysis can be applied to the production of the actual vehicle frame.
This research explores a new finite element model for the free vibration analysis of bi-directional functionally graded (BDFG) beams. The model is based on an efficient higher-order shear deformation beam theory that incorporates a trigonometric warping function for both transverse shear deformation and stress to guarantee traction-free boundary conditions without the necessity of shear correction factors. The proposed two-node beam element has three degrees of freedom per node, and the inter-element continuity is retained using both C1 and C0 continuities for kinematics variables. In addition, the mechanical properties of the (BDFG) beam vary gradually and smoothly in both the in-plane and out-of-plane beam's directions according to an exponential power-law distribution. The highly elevated performance of the developed model is shown by comparing it to conceptual frameworks and solution procedures. Detailed numerical investigations are also conducted to examine the impact of boundary conditions, the bi-directional gradient indices, and the slenderness ratio on the free vibration response of BDFG beams. The suggested finite element beam model is an excellent potential tool for the design and the mechanical behavior estimation of BDFG structures.
Son, Seung Wan;Jung, Hyun Seung;Ahn, Seung Ho;Kim, Jin Sung
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.21
no.11
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pp.843-850
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2020
The purpose of this study is to evaluate the structural risk and weakness of a railway tank car through nonlinear collision analysis according to overseas collision safety standards. The goal is to propose a crash safety design guideline for railway tank cars for transporting dangerous goods in Korea. We analyzed the buffer impact test procedure of railway freight cars prescribed in EN 12663-2 and the tank puncture test criteria prescribed in 49CFR179. A nonlinear finite element model according to each standard was modeled using LS-DYNA, a commercial finite element analysis solver. As a result of the buffing impact test simulation, it was predicted that plastic deformation would not occur at a collision speed of 6 km/h or less. However, plastic deformation was detected at the rear of the center sill and at the tank center supporting the structure at a collision speed of 8 km/h or more. As a result of a head-on test simulation of tank puncture, the outer tank shell was destroyed at the corner of the tank head when 4% of the kinetic energy of the impacter was absorbed. The tank shell was destroyed in the area of contact with the impacter in the test mode analysis of tank shell puncture when the kinetic energy of the moving vehicle was reduced by 30%. Therefore, the simulation results of the puncture test show that fracture at the tank shell and leakage of the internal material is expected. Consequently, protection and structural design reinforcement are required on railway tank cars in Korea.
The crashworthiness of vehicles with finite element methods depends on the geometry modeling and the material properties. The vehicle body structures are generally composed of various members such as frames, stamped panels and deep-drawn parts from sheet metals. In order to ensure the impact characteristics of auto-body structures, the dynamic behavior of sheet metals must be examined to provide the appropriate constitutive relation. In this paper, high strain-rate tensile tests have been carried out with a tension type split Hopkinson bar apparatus specially designed for sheet metals. Experimental results from both static and dynamic tests with the tension split Hopkinson bar apparatus are interpolated to construct the Johnson-Cook and a modified Johnson-Cook equation as the constitutive relation, that should be applied to simulation of the dynamic behavior of auto-body structures. Simulation of auto-body structures has been carried out with an elasto-plastic finite element method with explicit time integration. The stress integration scheme with the plastic predictor-elastic corrector method is adopted in order to accurately keep track of the stress-strain relation for the rate-dependent model accurately. The crashworthiness of the structure with quasi-static constitutive relation is compared to the one with the rate-dependent constitutive model. Numerical simulation has been carried out for frontal frames and a hood of an automobile. Deformed shapes and the Impact energy absorption of the structure are investigated with the variation of the strain rate.
Korean Journal of Computational Design and Engineering
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v.18
no.6
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pp.461-469
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2013
Computer simulation with FEM is very useful to analyze hypervelocity impact phenomena that are tremendously expensive or otherwise too impractical to analyze experimentally. Shock physics can be efficiently handled by mesh adaptation which allows finite element mesh to be locally optimized to resolve moving shock wave in explosion. In this paper, an adaptive meshing technique based upon quadtree data structure was applied to resolve ballistic impact phenomena. The technique can adaptively refine a mesh in the neighborhood of a shock and coarsen the mesh for the smooth flow behind the shock according to a criterion. The criterion for refinement and coarsening is based upon the standard deviation of the gradient of shock pressure on the associated field. Shock simulation starts with the rough mesh of the pressure field and mesh density is increased locally under the criterion at each time step. The results show that the mesh adaptation enables to minimize the global computation error of FEM and to increase storage and computational saving compared to the fixed resolution of the conventional static mesh approach.
Occupant behaviors and body contact with vehicle interior parts are main injury mechanism in far-side collisions. In vehicle side impact accident where the crash accident occurs on the opposite side of the vehicle from the a particular occupant, it is exposed in terms of relatively larger lateral motion to interact with the opposite side of the vehicle structure. The challenge of minimizing motions of upper body and injury risk according to a direct contact is a primary occupant protection research. This study has performed a data analysis of real-world accident database extracted from the 2016~2020 CISS database and a parametric investigation of impact angles and occupant kinematics in far-side lateral and oblique impact simulations. A detailed data analysis was conducted to reveal the relationship among the accident and injury data. Database analysis and computational far-side impact results proposed the fundamental vehicle design for safety improvement in far-side collisions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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