Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.15
no.3
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pp.757-770
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1991
본 연구에서는 조속충격을 받는 복합적층판의 거동에 대해 횡전단변형과 대처 짐효과를 동시에 고려하여 선형해석한 결과와의 차이를 비교, 검토하여 저속충격무제 의 해석에 있어서 비선형해석의 중요성을 보이는데 있다.그리고 충격체의 질량과 속도가 충격하중과 판의 거동, 그리고 동적 변형도등에 미치는 영향을 파악하여 복합 적층판의 외부 물체에 의한 저속충격문제를 이해 하고자 한다.
The impact problem of imperfect beams is crucial in engineering fields such as water conservancy and transportation. In this paper, the low velocity impact of graphene reinforced metal foam beams with geometric defects is studied for the first time. Firstly, an improved Hertz contact theory is adopted to construct an accurate model of the contact force during the impact process, while establishing the initial conditions of the system. Subsequently, the classical theory was used to model the defective beam, and the motion equation was derived using Hamilton's principle. Then, the Galerkin method is applied to discretize the equation, and the Runge Kutta method is used for numerical analysis to obtain the dynamic response curve. Finally, convergence validation and comparison with existing literature are conducted. In addition, a detailed analysis was conducted on the sensitivity of various parameters, including graphene sheet (GPL) distribution pattern and mass fraction, porosity distribution type and coefficient, geometric dimensions of the beam, damping, prestress, and initial geometric defects of the beam. The results revealed a strong inhibitory effect of initial geometric defects on the impact response of beams.
The nonlinear numerical analysis of the impact response of reinforced concrete/mortar beam incorporated with the updated Lagrangian method, namely the Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) is carried out in this study. The analysis includes the simulation of the effects of high mass low velocity impact load falling on beam structures. Three material models to describe the localized failure of structural elements are: (1) linear pressure-sensitive yield criteria (Drucker-Prager type) in the pre-peak regime for the concrete/mortar meanwhile, the shear strain energy criterion (Von Mises) is applied for the steel reinforcement (2) nonlinear hardening law by means of modified linear Drucker-Prager envelope by employing the plane cap surface to simulate the irreversible plastic behavior of concrete/mortar (3) implementation of linear and nonlinear softening in tension and compression regions, respectively, to express the complex behavior of concrete material during short time loading condition. Validation upon existing experimental test results is conducted, from which the impact behavior of concrete beams are best described using the SPH model adopting an average velocity and erosion algorithm, where instability in terms of numerical fragmentation is reduced considerably.
The extensive use of honeycomb sandwich structures has led to the need to understand and analyze their low velocity impact response. Commercially available finite element software provides a possible analysis tool for this type of problem, but the validity of their material properties models for honeycomb materials must be investigated. Three different problems that focus on the effect of differences in honeycomb material properties on static and dynamic response are presented and discussed. The first problem considered is a linear elastic static analysis of honeycomb sandwich beams. The second is a nonlinear elastic-plastic analysis of a circular honeycomb sandwich plate. The final problem is a dynamic analysis of circular honeycomb sandwich plates impacted by low velocity projectiles. Results are obtained using the ABAQUS final element code and compared against experimental results. The comparison indicates that currently available material properties models for honeycomb materials can be used to obtain a good approximation of the behavior of honeycomb sandwich structures under static and dynamic loading conditions.
Park, Jung;Park, Hoon-Cheol;Yoon, Kwang-Joon;Goo, Nam-Seo;Lee, Jae-Hwa
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.30
no.7
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pp.44-50
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2002
Low-velocity impact on composite sandwich panel has been investigated. Contact force is computed from a proposed modified Hertzian contact law. The Hertzian contact law is constructed by adjusting numerical value of the exponent and reducing the through-the- thickness elastic constant of honeycomb core. The equivalent transverse elastic constant is calculated from the rule of mixture. Nonlinear equation to calculate the contact force is solved by the Newton-Raphson method and time integration is done by the Newmark-beta method. A finite element program for the low-velocity impact analysis is coded by implementing these techniques and an 18-node assumed strain solid element. Behaviors of composite sandwich panels subjected to low-velocity impact are analyzed for various cases with different geometry and lay-ups. It has been found that the present code with the proposed contact law can predict measured contact forces and contact times for most cases within reasonable error bounds.
Damage induced by low-velocity impact on the curved composite laminates was experimentally evaluated for CFRP cylindrical shells with the radius of curvatures of 50, 150, 300, and 500 mm. The result was then compared with that of flat laminates and with the results by nonlinear finite-element analysis. The radius of curvatures and the effective shell stiffness appeared to considerably affect the dynamic impact response of curved shells. Under the same impact energy level, the maximum contact force increased with the decreasing radius of curvatures, with reaching 1.5 times that for plates at the radius of curvature of 50 mm. Since the maximum contact farce is directly related to the impact damage, curved laminates can be more susceptible to delamination and less resistant to the low-velocity impact damage. Delamination was distributed rather evenly at each interface along the thickness direction of curved laminates on the contrary to the case of flat laminates, where delamination is typically concentrated at the interfaces away from the impact point. This implies that the effect of curvatures has to be considered for the design of a curved composite laminate.
This study deals with dynamic model of composite sandwich panels with functionally graded flexible cores under low velocity impacts of multiple large or small masses using a new improved higher order sandwich panel theory (IHSAPT). In-plane stresses were considered for the functionally graded core and face sheets. The formulation was based on the first order shear deformation theory for the composite face sheets and polynomial description of the displacement fields in the core that was based on the second Frostig's model. Fully dynamic effects of the functionally graded core and face-sheets were considered in this study. Impacts were assumed to occur simultaneously and normally over the top and/or bottom of the face-sheets with arbitrary different masses and initial velocities. The contact forces between the panel and impactors were treated as internal forces of the system. Nonlinear contact stiffness was linearized with a newly presented improved analytical method in this paper. The results were validated by comparing the analytical, numerical and experimental results published in the latest literature.
In this study, impact transient responses of (Graphite/Epoxy) laminated composite subjected to low-velocity impact are investigated using a finite element method. Dynamic von-Karman plate equations considering large deflection of plate are modified to include the effect of transverse shear deformations as in Mindlin plate theory and also the rotary inertia effect is considered. The convergence of transient responses is used contact law established through the statical indentation test. We investigate displacements, contact forces and strains by thickness variation of various laminated composite. We compare and analyze each results.
Min, Kyung Hwan;Lee, Jin Young;Kim, Mi Hye;Yoon, Young Soo
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.15
no.5
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pp.169-177
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2011
In this study, an impact resistance of concrete segmented composites adopted shell's structures which have the excellent impact resistance was assessed. In order to enhance the performances of concrete segmented composite, the bond strength of mortar between the concrete blocks should be improved. Hence, in this study polymer mortars were applied to increase the bond strength of mortar. From the results of bond tests, the 15% latex mortar was selected and static and low-velocity impact tests were carried out for the specimens applied the plain and latex mortar. The concrete segmented composites, of which the bond strength of mortar was enhanced, showed improved low-velocity impact resistances. A Nonlinear finite element analysis using the discrete crack model showed similar energy dissipating capacities to the impact test's results. Consequently, by improving the analysis models for segmented composites, the impact resistances for manifold variables can be predicted and assessed.
Hassanzadeh, A. Reza;Yaakob, Omar bin;Ahmed, Yasser M.;Ismail, M. Arif
Wind and Structures
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v.23
no.4
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pp.301-311
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2016
The numerous benefits of Savonius turbine such as simple in structure, has appropriate self-start ability, relatively low operating velocity, water acceptance from any direction and low environmental impact have generated interests among researchers. However, it suffers from a lower efficiency compared to other types of water turbine. To improve its performance, parameters such flow pattern, pressure and velocity in different conditions must be analyzed. For this purpose, a detailed description on the flow field of various types of Savonius rotors is required. This article presents a numerical study on a nonlinear two-dimensional flow over a classic Savonius type rotor and a Benesh type rotor. In this experiment, sliding mesh was used for solving the motion of the bucket. The unsteady Reynolds averaged Navier-Stokes equations were solved for velocity and pressure coupling by using the SIMPLE (Semi-Implicit Method for Pressure linked Equations) algorithm. Other than that, the turbulence model using $k-{\varepsilon}$ standard obtained good results. This simulation demonstrated the method of the flow field characteristics, the behavior of velocity vectors and pressure distribution contours in and around the areas of the bucket.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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