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.
Proceedings of the Safety Management and Science Conference
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2004.05a
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pp.219-231
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2004
The Charpy and Izod impact tests are the most prevalent techniques used to characterize the effects of high impulse loads on polymeric materials. An analysis method for rubber toughened PVC is suggested to evaluated critical dynamic strain energy release rates(G$_c$) from the Charpy impact tester was used to extract ancillary information concerning fracture parameters in additional to total fracture energies and maximum critical loads. The dynamic stress intensity factor KID was computed for varying amounts of rubber contents from the obtain maximum critical loads and also toughening effects were investigated as well. The fracture surfaces produced under low velocity impact for PVC/MBS composites were investigated by SEM. The results show that MBS rubber is very effective reinforcement material for toughening PVC.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.36
no.2
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pp.77-93
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1999
The twin aims of the paper are to investigate the collapse strength characteristics of ship plating subject to impact pressure loads and to develop a simple structural design formula considering impact load effects. The general purpose nonlinear finite element program STARDYNE together with existing experimental results is used to investigate the collapse behavior of plating under impact pressure loads. The rigid plastic theory taking into account large deflection effects is applied to the development of the design formulation. In the theoretical method, the collapse strength formulation for plating subject to hydrostatic pressure is first derived using the rigid plastic theory. By including the strain rate erects in the formulation it can be applied to impact pressure problems. As illustrative examples, the collapse behavior of steel unstiffened plates and aluminum alloy stiffened panels subject to impact pressure loads is analyzed.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.35
no.12
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pp.1082-1088
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2007
Demand for high speed sea transportation modes has been increased dramatically last few decades. The WIG(Wing-in-ground effect) is considered as next generation maritime transportation system. In the structural design of high speed marine vessels, an estimation of water impact loads is essential. The dynamic structural responses of the WIG excited by the water impact loads may bring an important contribution to their damage process. The work presented in this paper is focused on the numerical simulation of the water impact on the WIG craft when it lands. It is aimed to study the structural responses of the WIG craft subjected to the water impact loads. The Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) finite element method is used to simulate the water impact of the WIG craft during a landing phase. A full 3D shell element is used to model the WIG craft in carbon composites, and a developed FE model is used to investigate the effect of the water impact loads on the structural responses of the WIG craft. In the analysis, two different landing scenarios are considered and their effects on the structural responses are investigated.
Impact tests on high-strength membrane materials under biaxial loads were experimentally conducted in order to evaluate influence of biaxial loads on impact fracture of the membrane materials for the inflated applications. Cruciform specimens of the membrane materials were fabricated for applying biaxial loadings during the impact test. A steel ball was shot using a compressed nitrogen gas gun, and struck the membrane specimen. Impact tests on uniaxial strip specimens were also conducted to obtain the effect of specimen configuration and boundary condition on the impact fracture. The results of the measured crack length and the ultra-high speed photographs indicate the impact fracture properties of the membrane fabrics under biaxial loadings. Crack length due to the impact increased with applied tensile load, and the impact damages of the cruciform membrane materials under biaxial loadings were smaller than those of under uniaxial loadings. Impact fracture of the strip specimen was more severe than that of the cruciform specimen due to the difference of boundary conditions.
Murat, Aras;Tolga, Yilmaz;Ozlem, Caliskan;Ozgur, Anil;R. Tugrul, Erdem;Turgut, Kaya
Structural Engineering and Mechanics
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v.84
no.5
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pp.619-632
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2022
Reinforced concrete (RC) structures may be subjected to sudden dynamic impact loads such as explosions occurring for different reasons, the collision of masses driven by rockfall, flood, landslide, and avalanche effect structural members, the crash of vehicles to the highway and seaway structures. Many analytical, numerical, and experimental studies focused on the behavior of RC structural elements such as columns, beams, and slabs under sudden dynamic impact loads. However, there is no comprehensive study on the behavior of the RC column-beam connections under the effect of sudden dynamic impact loads. For this purpose, an experimental study was performed to investigate the behavior of RC column-beam connections under the effect of low-velocity impact loads. Sixteen RC beam-column connections with a scale of 1/3 were manufactured and tested under impact load using the drop-weight test setup. The concrete compressive strength, shear reinforcement spacing in the beam, and input impact energy applied to test specimens were taken as experimental variables. The time histories of impact load acting on test specimens, accelerations, and displacements measured from the test specimens were recorded in experiments. Besides, shear and bending crack widths were measured. The effect of experimental variables on the impact behavior of RC beam-column connections has been determined and interpreted in detail. Besides, a finite element model has been established for verification and comparison of the experimental results by using ABAQUS software. It has been demonstrated that concrete strength, shear reinforcement ratio, and impact energy significantly affect the impact behavior of RC column-beam connections.
Response of harbor structure to environmental loads such as wave load, impact load, ship's contacting load, is a fundamental factor in designing of the structure's optimal configuration. In this paper, typical environmental loads against coastal structures are investigated for designing of the optimal harbor structure. Loads to be considered here are wave load, impact load and contacting load due to ship mooring. Statistical analysis for several harbor structure types under the corresponding loads is carried out, followed by investigation of effect of individual environmental load. Based on these, the optimal configuration for the harbor structure is obtained after considerable engineering process. Estimation of contacting load of the ship is suggested using effective energy concepts for the load, and analysis of structural behavior is done for the optimal designing of the structure in the particular load. A guideline for the design process of the harbor structure is established, and safety of the structure is examined by proposed scheme. For verification of the analytical approach, various steel-piled coastal structures and caissons are chosen and relevant structural analyses are carried out using the Finite Element Methods combined with MIDAS/GTS and ANSYS code. It is found using the Morison equation that impact load cannot be a major load in the typical harbor structure compared with the original wave load, and that configuration shape of the structure may play an important role in consideration of the response criteria.
Triceratops is one of the new generations of offshore compliant platforms suitable for ultra-deepwater applications. Apart from environmental loads, the offshore structures are also susceptible to accidental loads. Due to the increase in the risk of collision between ships and offshore platforms, the accurate prediction of structural response under impact loads becomes necessary. This paper presents the numerical investigations of the impact response of the buoyant leg of triceratops usually designed as an orthogonally stiffened cylindrical shell with stringers and ring frames. The impact analysis of buoyant leg with a rectangularly shaped indenter is carried out using ANSYS explicit analysis solver under different impact load cases. The results show that the shell deformation increases with the increase in impact load, and the ring stiffeners hinder the shell damage from spreading in the longitudinal direction. The response of triceratops is then obtained through hydrodynamic response analysis carried out using ANSYS AQWA. From the results, it is observed that the impact load on single buoyant leg causes periodic vibration in the deck in the surge and pitch degrees of freedom. Since the impact response of the structure is highly affected by the geometric and material properties, numerical studies are also carried out by varying the strain rate, and the location of the indenter and the results are discussed.
The characteristics of an impact load and pressure were experimentally investigated. Drop tests were carried out using a modified Wigley with CB = 0.56. The vertical force, pressures, and vertical accelerations were measured. A 6-component load cell was used to measure the forces, piezo-electric sensors were used to capture the impact pressure, and strain-gauge type accelerometers were used to measure the vertical accelerations. A 50-kHz sampling rate was applied to capture the peak values. The repeatability of the measured data was confirmed and the basic characteristics of the impact load and pressure such as the linearity to the falling height were observed for all of the measurements. A simple formula was derived to extract the physical impact load from the measured force based on a simple mass-sensor-mass diagram, which was validated by comparing impact forces with existing data using the mathematical model of Faltinsen and Chezhian (2005). The effects of the elasticity of the model and change in acceleration during the water entry were investigated. It is interesting to observe that the impact loads occurred and reached peak values at the same time duration after water entry for all drop heights.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.12
no.1
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pp.226-240
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2020
This paper presents an experimental investigation of asymmetric impact effects on hydroelastic responses. A 1:64 scaled segmented ship model with U-shape open cross-section backbone was newly designed to meet elastic similarity conditions of vertical, horizontal and torsional stiffness simultaneously. Different wave heading angles and wavelengths were adopted in regular wave test. In head wave condition, parametric rolling phenomena happened along with asymmetric slamming forces, the relationship between them was disclosed at first time. The impact forces on starboard and port sides showed alternating asymmetric periodic changes. In oblique wave condition, nonlinear springing and whipping responses were found. Since slamming phenomena occurred, high-frequency bending moments became an important part in total bending moments and whipping responses were found in small wavelength. The wavelength and head angle are varied to elucidate the relationship of springing/whipping loads and asymmetric impact. The distributions of peaks of horizontal and torsional loads show highly asymmetric property.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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