A novel flat steel plate-concrete-corrugated steel plate (FS-C-CS) sandwich panel was proposed for resisting impact load. The failure mode, impact force and displacement response of the FS-C-CS panel under impact loading were studied via drop-weight impact tests. The combined global flexure and local indentation deformation mode of the FS-C-CS panel was observed, and three stages of impact process were identified. Moreover, the effects of corrugated plate height and steel plate thickness on the impact responses of the FS-C-CS panels were quantitatively analysed, and the impact resistant performance of the FS-C-CS panel was found to be generally improved on increasing corrugated plate height and thickness in terms of smaller deformation as well as larger impact force and post-peak mean force. The Finite Element (FE) model of the FS-C-CS panel under impact loading was established to predict its dynamic response and further reveal its failure mode and impact energy dissipation mechanism. The numerical results indicated that the concrete core and corrugated steel plate dissipated the majority of impact energy. In addition, employing end plates and high strength bolts as shear connectors could prevent the slip between steel plates and concrete core and assure the full composite action of the FS-C-CS panel.
This paper utilizes LS-DYNA software to numerically investigate impact response and damage evaluation of fiber-reinforced polymer (FRP) bars-reinforced ultra-high-performance concrete (UHPC) composite beams (FRP-UHPC beams). Three-dimensional finite element (FE) models are established and calibrated by using literature-based static and impact tests, demonstrating high accuracy in simulating FRP-UHPC beams under impact loading. Parametric analyses explore the effects of impact mass, impactor height, FRP bar type and diameter, and clear span length on dynamic response and damage modes. Two failure modes emerge: tensile failure with bottom longitudinal reinforcement fracture and compression failure with local concrete compression near the impact region. Impact mass or height variation under the same impact energy significantly affects the first peak impact force, but minimally influences peak midspan displacement with a difference of no more than 5% and damage patterns. Increasing static flexural load-carrying capacity enhances FRP-UHPC beam impact resistance, reducing displacement deformation by up to 30%. Despite similar static load-carrying capacities, different FRP bars result in varied impact resistance. The paper proposes a damage assessment index based on impact energy, static load-carrying capacity, and clear span length, correlating well with beam end rotation. Their linearly-fitting coefficient was 1.285, 1.512, and 1.709 for the cases with CFRP, GFRP, and BFRP bars, respectively. This index establishes a foundation for an impact-resistant design method, including a simplified formula for peak midspan displacement assessment.
The safety barrier is installed on road embankment to prevent vehicles from falling into road side slope. Among the safety barrier, flexible guardrails are usually installed. The flexible guardrail generally consists of a protection cross-beam and supporting in-line piles. These guardrail piles are installed nearby slope edge of road embankment because the side area of the road is much narrow. The protection cross-beam absorbs impact energy caused by vehicle collision. The pile-soil interaction also absorbs the rest of the impact energy and then, finally, the flexible guardrail system resists the impact load. This paper aims to investigate the pile-soil interaction subjected to impact load using centrifuge model tests. In this study, a single pile was installed in compacted residual soil and loaded under lateral impact load. An impact loading system was designed and developed available on centrifuge tests. Using this loading system, a parametric study was performed and the parameters include types of loading and ground. Finally, the ultimate bearing capacity of supporting pile under impact load was analyzed using load-displacement curve and soil reaction pressure distributions at ultimate were evaluated and compared with previous studies.
Behinaein, Pegah;Cotsovos, Demetrios M.;Abbas, Ali A.
Computers and Concrete
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v.22
no.3
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pp.337-353
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2018
The present study focuses on examining the structural behaviour of steel-fibre-reinforced concrete (SFRC) beams under high rates of loading largely associated with impact problems. Fibres are added to the concrete mix to enhance ductility and energy absorption, which is important for impact-resistant design. A simple, yet practical non-linear finite-element analysis (NLFEA) model was used in the present study. Experimental static and impact tests were also carried out on beams spanning 1.3 meter with weights dropped from heights of 1.5 m and 2.5 m, respectively. The numerical model realistically describes the fully-brittle tensile behaviour of plain concrete as well as the contribution of steel fibres to the post-cracking response (the latter was allowed for by conveniently adjusting the constitutive relations for plain concrete, mainly in uniaxial tension). Suitable material relations (describing compression, tension and shear) were selected for SFRC and incorporated into ABAQUS software Brittle Cracking concrete model. A more complex model (i.e., the Damaged Plasticity concrete model in ABAQUS) was also considered and it was found that the seemingly simple (but fundamental) Brittle Cracking model yielded reliable results. Published data obtained from drop-weight experimental tests on RC and SFRC beams indicates that there is an increase in the maximum load recorded (compared to the corresponding static one) and a reduction in the portion of the beam span reacting to the impact load. However, there is considerable scatter and the specimens were often tested to complete destruction and thus yielding post-failure characteristics of little design value and making it difficult to pinpoint the actual load-carrying capacity and identify the associated true ultimate limit state (ULS). To address this, dynamic NLFEA was employed and the impact load applied was reduced gradually and applied in pulses to pinpoint the actual failure point. Different case studies were considered covering impact loading responses at both the material and structural levels as well as comparisons between RC and SFRC specimens. Steel fibres were found to increase the load-carrying capacity and deformability by offering better control over the cracking process concrete undergoes and allowing the impact energy to be absorbed more effectively compared to conventional RC members. This is useful for impact-resistant design of SFRC beams.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.17
no.2
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pp.81-88
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1997
Impact behavior of carbon fiber reinforced plastics (CFRP) laminates were evaluated with tension test and compact tension test. A steel ball launched by an air gun collides against CFRP laminates to generate impact damage of relatively low energy. The static tensile and fracture toughness tests were performed to evaluate the residual strength and the AE behavior of impact-damaged laminates. As a results, it was found that the static strength, the fracture toughness and the AE-event count were decreased with increasing of impact velocity and delamination area, and to have a different strength ratio and fracture toughness ratio for each stacking method. And also, it was confirmed that strength and fracture toughness of impact-damaged CFRP laminates could be evaluated and analyzed quantitatively by AE techniques.
Daghash, Sherif M.;Soliman, Eslam M.;Kandil, Usama F.;Taha, Mahmoud M. Reda
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.10
no.4
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pp.539-553
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2016
Polymer concrete (PC) has been favoured over Portland cement concrete when low permeability, high adhesion, and/or high durability against aggressive environments are required. In this research, a new class of PC incorporating Multi-Walled Carbon Nanotubes (MWCNTs) is introduced. Four PC mixes with different MWCNTs contents were examined. MWCNTs were carefully dispersed in epoxy resin and then mixed with the hardener and aggregate to produce PC. The impact strength of the new PC was investigated by performing low-velocity impact tests. Other mechanical properties of the new PC including compressive, flexural, and shear strengths were also characterized. Moreover, microstructural characterization using scanning electron microscope and Fourier transform infrared spectroscopy of PC incorporating MWCNTs was performed. Impact test results showed that energy absorption of PC with 1.0 wt% MWCNTs by weight of epoxy resin was significantly improved by 36 % compared with conventional PC. Microstructural analysis demonstrated evidence that MWCNTs significantly altered the chemical structure of epoxy matrix. The changes in the microstructure lead to improvements in the impact resistance of PC, which would benefit the design of various PC structural elements.
An impact-type seed-metering device was developed for the planting of rice-pellets. In this study, new design of pellet-metering device focused on simplicity and precision seeding for the planting of rice-seed pellets. In addition of seed-metering device, several devices were also developed such as seed-guiding device, seed-supplying tube and furrow opener for precision pellet planting. Field test was conducted to estimate the planting performance of the developed metering device. As a cam rotates, the impact bar of the metering device pushes a rice-seed pellet so that the seed can be discharged from the seed-supplying tube in the impact-type seed-metering device. Results of the tests showed that mean seeding spacing was 12cm at the traveling speed of 1.0m/s, corresponding to a target spacing for planting of rice-seed pellets. Also, both miss-seeded rate and damaged-seed rate were less than 2.0%, indicating acceptable levels for the precision planting. The developed mechanism of the impact-type metering device can be directly applied to the design of metering devices for the precision pellet planting of other crops.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.23
no.10
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pp.80-87
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2006
Metallic sandwich plate with a truss core has metallic inner structures which have low relative density between a pair of metal skin sheets or face sheets. In this work, low impact tests have been carried out to examine the behavior of sandwich plates with a pyramidal truss core. For the low velocity impact, the impact apparatus of drop weight type has been fabricated. From the results of the experiments, maximum energy absorption is found to happen when the upper sheet fails. The sandwich plate loses its absorption ability as soon as the inner structures have been crashed completely and optimal core thickness has existed to maximize energy absorption. Comparing the metallic sandwich plate with the monocoque plate, the absorbed energy has been improved up to 160 % and the deflection decreased by up to 76%. As a result, the metallic sandwich plate with a truss core is shown to have good material for impact resistance and energy absorption.
The Nonlinear dynamic response of a sandwich plate subjected to the low velocity impact is theoretically and experimentally investigated. The Hertz law between the impactor and the plate is taken into account. Using the Extended High Order Sandwich Panel Theory (EHSAPT) and the Ritz energy method, the governing equations are derived. The skins follow the Third order shear deformation theory (TSDT) that has hitherto not reported in conventional EHSAPT. Besides, the three dimensional elasticity is used for the core. The nonlinear Von Karman relations for strains of skins and the core are adopted. Time domain solution of such equations is extracted by means of the well-known fourth-order Runge-Kutta method. The effects of core-to-skin thickness ratio, initial velocity of the impactor, the impactor mass and position of the impactor are studied in detail. It is found that these parameters play significant role in the impact force and dynamic response of the sandwich plate. Finally, some low velocity impact tests have been carried out by Drop Hammer Testing Machine. The results are compared with experimental data acquired by impact testing on sandwich plates as well as the results of finite element simulation.
Eom, Tae Sung;Huh, Seok Jae;Park, Tae Won;Lee, Sang Hyun
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.22
no.7
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pp.369-378
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2018
Full-scale seismic retrofit of old and deteriorated masonry buildings requires a lot of cost and time. In such buildings, installing an emergency evacuation space can be considered as an alternative. In this study, requirements of the earthquake-proof table used as an emergency evacuation space for buildings hit by earthquake are investigated. Load conditions required for the table, including the impact effects due to building debris drop, are explained. To investigate the impact effects in more detail, weight drop test is performed for an prototype earthquake-proof table. In the test, the weight of the falling object and free fall height were considered as the main test parameters. The results showed that the duration of impact is very short (0.0226~0.0779sec), and thus the impact forces increase to 15.8~45.2 times the weight of the falling object. Based on these results, design considerations and performance verification criteria of the earthquake-proof table as an emergency evacuation space are given.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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